海上風機大型化進一步推高應用需求 碳纖維風機葉片潛力待挖

　　“海上風電機組正朝著大型化、輕量化的方向發(fā)展，但傳統(tǒng)葉片制造材料主要為玻璃纖維復合材料，當葉片長度超過一定值后，玻璃纖維材料模量增長接近極限，無法滿足葉片大型化、輕量化的需求?！鄙虾ｋ姎怙L電集團股份有限公司解決方案總經理黃軒在近日舉行的風電產業(yè)高質量發(fā)展高峰論壇暨碳纖維應用研討會上指出，“加大碳纖維材料在風機葉片上的應用已成必然趨勢?！?br/>

　　隨著海上風電開發(fā)范圍不斷拓寬，海上風電產業(yè)鏈創(chuàng)新勢在必行。多家風電企業(yè)呼吁上下游產業(yè)鏈加緊協(xié)同，共同推動碳纖維新材料產業(yè)健康發(fā)展。

　　碳纖維葉片應用已成趨勢

　　近年來，國內風電裝機量快速增長，國家能源局最新數據顯示，今年前7個月，國內風電新增裝機量達2631萬千瓦，累計裝機量達3.9億千瓦。而隨著平價時代到來，風機大型化趨勢尤為凸顯，陸上風機單機容量最高突破10兆瓦，海上風機單機容量突破18兆瓦，葉片長度也在不斷刷新行業(yè)紀錄。

　　快速大型化給風機葉片材料性能帶來全新考驗，傳統(tǒng)玻璃纖維復合材料性能不足的情況下，碳纖維成為最新的“潛力股”。

　　黃軒指出，與玻璃纖維相比，碳纖維的比模量和比強度均大幅增加，碳纖維復合材料比玻璃纖維復合材料密度更低、強度更高，突破了玻璃纖維材料的性能極限，可保障風機葉片在增加長度的同時降低重量?！袄锰祭w維葉片可進一步提升海上風電機組設計上限，甚至可支撐20兆瓦、300米葉輪直徑的機組開發(fā)?！?/p>

　　除了為海上風電機組大型化提供保障，業(yè)界普遍認為，隨著我國海上風電開發(fā)范圍不斷擴大，深遠海等復雜工況區(qū)域對葉片提出了更高要求，碳纖維材料的高強度性能將能適應更加惡劣的工況環(huán)境。另外，輕量化葉片還可以降低吊裝和運輸的難度，對海上風電全生命周期降本有所幫助。

　　國產碳纖維葉片實現突破

　　據吉林化纖集團黨委書記、董事長宋德武介紹，2022年，全球風機葉片對碳纖維的需求量占到全球碳纖維需求總量的25.7%，我國風機葉片碳纖維需求量也占碳纖維整體需求的23.5%。

　　在宋德武看來，與航空航天、軍工科技等領域相比，風機葉片所需的碳纖維產品標準有所不同，技術成本相對更低，生產過程中，可根據不同性能、工藝和成本，設計不同應用性能和生產工藝參數，相對快速實現碳纖維量產。

　　在此情況下，近兩年來我國碳纖維產業(yè)高速增長。數據顯示，2022年，國產碳纖維產能達到11.2萬噸，供應量首次超過進口量。

　　金風科技股份有限公司葉片結構主設兼葉片產品經理袁淵指出，近年來，國內碳纖維計劃產能增長十分可觀，碳纖維葉片的研發(fā)應用規(guī)模同樣快速增長?！霸缭?017年，國際市場上已有整機制造商開啟了碳纖維葉片的應用，LM、西門子歌美颯、維斯塔斯等跨國企業(yè)也都有百米級碳纖維葉片產出。隨著國內海上風電市場的蓬勃發(fā)展，2022年，國內海上大葉片發(fā)展實現了全面趕超。目前，國內市場上已有大量海上風機葉片采用碳纖維設計，國內主流整機和葉片廠商也都規(guī)劃了下一代海上大兆瓦機組，更大的海上風機碳纖維葉片也都在開發(fā)之中?！?/p>

　　據了解，目前，明陽智能、上海電氣、東方電氣、金風科技等國內主流整機商都已開啟碳纖維葉片的試驗及生產應用。有數據顯示，2022年以來，國內新開發(fā)、新批量生產的海上風電機組中，超過70%都應用了碳纖維葉片，即使在陸上風電機組中，部分企業(yè)也已經開始小批量實測應用碳纖維葉片。

　　上下游產業(yè)鏈協(xié)同必不可少

　　盡管碳纖維葉片藍海已經顯現，但業(yè)界普遍認為，碳纖維葉片未來仍需在成本、制造能力以及葉片狀態(tài)檢測技術上提升，從而進一步打開市場空間。

　　袁淵坦言，碳纖維材料雖然是大型海上風機葉片開發(fā)的必然選擇，但實際上成本仍在制約碳纖維材料在風機葉片上的大批量應用。雖然碳纖維價格持續(xù)走低，但對應的玻璃纖維價格也在持續(xù)下降，從葉片設計角度，碳纖維葉片與傳統(tǒng)玻纖葉片相比競爭力仍然有限。

　　除此以外，業(yè)界指出，當前國產紗線碳板與成熟進口紗線碳板性能存在一定差距，有缺陷漏檢風險。

　　為應對行業(yè)存在的諸多問題和挑戰(zhàn)，洛陽雙瑞風電葉片有限公司研發(fā)技術中心副主任、高級工程師關洪濤呼吁，碳纖維作為國家戰(zhàn)略性新材料，需要產業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展。風電行業(yè)需要碳纖維企業(yè)繼續(xù)優(yōu)化成本，風電企業(yè)也需要綜合考慮成本和可靠性，同時還應建立風電國產碳纖維的產品標準、碳纖維部件測試和設計許用值的行業(yè)規(guī)范，促進國產碳纖維和風電行業(yè)協(xié)同健康發(fā)展。

　　袁淵建議，隨著葉輪直徑進一步增大以及風電機組逐漸邁向深遠海，碳纖維材料的性能穩(wěn)定、部件結構形式的合理性，以及防雷設計的可靠性都將制約碳纖維在葉片設計中的應用前景。在此情況下，從原材料開發(fā)生產到葉片設計，再到批量化生產，都需要相關從業(yè)者共同克服應用短板。(記者 李麗旻)

　　轉自：中國能源報

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