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北極星風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)獲悉，從2008年我國第一片38米長的兆瓦級風(fēng)電葉片下線，到2022年12月全球最長葉輪直徑260米海上抗臺(tái)葉片下線，不足15年時(shí)間國內(nèi)風(fēng)電葉片長度增長近3倍之多。近年來，圍繞風(fēng)電葉片的技術(shù)創(chuàng)新此起彼伏，在大型化、材料、設(shè)計(jì)生產(chǎn)等領(lǐng)域?qū)耀@突破，技術(shù)的跨越使葉片無論從長度還是性能都獲得了前所未有的提升。

(資料圖片僅供參考)

在這個(gè)過程中，國內(nèi)風(fēng)電葉片產(chǎn)業(yè)的技術(shù)格局也悄然變化。在產(chǎn)業(yè)降本增效壓力，以及高質(zhì)量發(fā)展需求下，由風(fēng)電整機(jī)企業(yè)主導(dǎo)的技術(shù)與材料創(chuàng)新，橫向刷新著風(fēng)電葉片的長度，縱向刷新著葉片成本與設(shè)計(jì)能力，成為引領(lǐng)國內(nèi)風(fēng)電葉片技術(shù)變革的中堅(jiān)力量，加快風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新速度。

長度突破

在國內(nèi)大兆瓦機(jī)組的持續(xù)迭代下，為了捕獲更多的風(fēng)能，大葉片需求陡增。另一方面，大功率風(fēng)機(jī)是風(fēng)電降本的主要手段，作為風(fēng)機(jī)三大關(guān)鍵部件之一，大葉片自然也成為配合整機(jī)技術(shù)進(jìn)步、推動(dòng)風(fēng)電成本下降的必要技術(shù)創(chuàng)新手段。

可以說，步入平價(jià)后的2021-2022年是我國葉片技術(shù)迭代最具代表性的階段。在這兩年的時(shí)間內(nèi)，我國海上風(fēng)電風(fēng)電葉片不但快速進(jìn)入百米時(shí)代，更是問鼎全球葉片最長記錄。

據(jù)北極星風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)不完全統(tǒng)計(jì)，2021-2022年間幾乎每隔2-3個(gè)月就會(huì)出現(xiàn)一次葉片長度的刷新。

一直以來，我國風(fēng)電葉片市場格局相對穩(wěn)定。截止2020年底，我國有風(fēng)電葉片產(chǎn)出的企業(yè)約20家，中材科技（002080）、時(shí)代新材（600458）、中復(fù)連眾、雙瑞風(fēng)電等以原材料起家并深耕風(fēng)電葉片的龍頭企業(yè)位居市場前列，以東方風(fēng)電、明陽智能（601615）、三一重能等整機(jī)商子公司為代表的葉片企業(yè)獨(dú)具供應(yīng)鏈優(yōu)勢，以及天順風(fēng)能（002531）、艾朗科技等民營企業(yè)也不逞多讓，盤踞市場第二梯隊(duì)。

但一個(gè)現(xiàn)象在近幾年的發(fā)展中愈發(fā)明顯——隨著整機(jī)技術(shù)的差異化競爭，為了更好地與整機(jī)設(shè)計(jì)匹配，葉片研發(fā)設(shè)計(jì)的主動(dòng)權(quán)和引導(dǎo)權(quán)逐步由材料葉片企業(yè)過度到整機(jī)企業(yè)，以至于2021-2022年間，行業(yè)所看到的葉片技術(shù)突破絕大部分由整機(jī)企業(yè)主導(dǎo)實(shí)現(xiàn)，一定程度上體現(xiàn)了葉片技術(shù)引領(lǐng)格局的變化。

當(dāng)然，大葉片也為產(chǎn)業(yè)各方帶來諸多挑戰(zhàn)，在葉片大型化趨勢下，葉片的載荷和重量不斷增大，其必然導(dǎo)致的后果就是需要更加強(qiáng)力的傳動(dòng)系統(tǒng)和塔筒支撐，這使得風(fēng)電整體造價(jià)提升、甚至運(yùn)行不穩(wěn)定因素增加。

因此，對于制造企業(yè)來說，技術(shù)的投入和發(fā)展必須要有前瞻性，未來輕量化、高強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性將是風(fēng)電葉片的布局方向，如何通過更加創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思路、材料應(yīng)用，在增加葉片長度的同時(shí)降低重量、保持韌性，成為葉片產(chǎn)業(yè)的必經(jīng)之路。

材料革新

葉片三大原材料：玻纖/碳纖維、樹脂、芯材。

當(dāng)前，國內(nèi)陸上風(fēng)電葉片以玻纖為主，十幾年的發(fā)展已經(jīng)使國內(nèi)葉片供應(yīng)鏈實(shí)現(xiàn)了樹脂、玻纖的全部國產(chǎn)化，平價(jià)前夕瘋狂漲價(jià)的巴沙木當(dāng)前也已回落至穩(wěn)定水平。但國內(nèi)高性能碳纖維材料仍然嚴(yán)重依賴進(jìn)口，而在海上超長葉片領(lǐng)域，碳纖維已經(jīng)成為葉片技術(shù)迭代的必選材料。

碳纖維的相對密度約比玻纖小30%，抗壓強(qiáng)度卻高出40%。研究表明，相同葉片長度下, 引入碳纖維的葉片重量比玻纖可降低約15%的重量。且碳纖維韌性更大，采用碳纖維的葉片彎曲剛度提升，可有效改善葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能，降低葉片對傳動(dòng)系統(tǒng)和塔筒的負(fù)載，從而進(jìn)一步提升捕風(fēng)能力和運(yùn)行穩(wěn)定水平。

生產(chǎn)中，碳纖維一般應(yīng)用于葉片主梁，主梁占比葉片總重量1/3左右。中國建材集團(tuán)董事長周育先曾在一檔節(jié)目中表示，實(shí)現(xiàn)主梁等關(guān)鍵部分的碳纖維替代可以降低葉片重量20%左右，這對風(fēng)電系統(tǒng)成本下降、性能穩(wěn)定將是巨大的貢獻(xiàn)。

但對于風(fēng)電葉片而言，碳纖維140-150元/公斤的價(jià)格明顯還過于昂貴。昂貴的原因，一方面是國內(nèi)高性能碳纖維材料嚴(yán)重依賴進(jìn)口，另一方面是國內(nèi)尚未形成足以支撐我國制造業(yè)升級轉(zhuǎn)型的產(chǎn)能規(guī)模。

2021年國內(nèi)風(fēng)電行業(yè)使用碳纖維約3萬噸，雖然只是部分葉片用到了碳纖維，但這個(gè)使用量已經(jīng)占全球的30%。在海上風(fēng)電的發(fā)展推動(dòng)下，預(yù)測到2025年，行業(yè)對碳纖維的需求將達(dá)9萬噸，到2030年可能要增長到20萬噸?？梢哉f，碳纖維應(yīng)用必將成為推動(dòng)風(fēng)電葉片產(chǎn)業(yè)升級的下一個(gè)重要突破口。

綠色循環(huán)

對風(fēng)電發(fā)展來講，葉片產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的另一個(gè)重要考量因素就是綠色循環(huán)和回收再利用技術(shù)上的持續(xù)研究和突破。即便現(xiàn)在這個(gè)問題尚未迫在眉睫，但建立可再生能源全產(chǎn)業(yè)鏈綠色循環(huán)體系已經(jīng)成為全球共識(shí)。

2021年5月，維斯塔斯公布了一項(xiàng)CETEC（熱固性環(huán)氧樹脂復(fù)合材料）葉片回收技術(shù)，可以在風(fēng)機(jī)退役拆除后，將葉片材料用于較低級別產(chǎn)品的二次生產(chǎn)。但維斯塔斯也透露，這項(xiàng)技術(shù)真正應(yīng)用于成品風(fēng)機(jī)還需要6~7年的時(shí)間。

2022年3月，GE旗下LM葉片企業(yè)宣布第一支100%可回收的葉片問世。該“零廢”葉片由Elium樹脂和玻璃纖維制成的，Elium樹脂是一種熱塑性可回收樹脂，可用化學(xué)回收的先進(jìn)方法使樹脂完全解聚將玻纖與樹脂分離，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。

同樣基于對葉片發(fā)展的前瞻性考量，國內(nèi)企業(yè)也積極推動(dòng)風(fēng)電葉片循環(huán)利用的發(fā)展。2021年7月，由鑒衡認(rèn)證中心、金風(fēng)科技（002202）、中材葉片等公司聯(lián)合發(fā)起的“風(fēng)電葉片綠色回收與應(yīng)用聯(lián)合體”成立，旨在建立更加完善的葉片綠色回收與延壽利用技術(shù)體系，以破解百萬噸級風(fēng)電葉片的環(huán)保處理難題。

中國可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專委會(huì)秦海巖秘書長曾分享過布萊恩.阿瑟《技術(shù)的本質(zhì)》一書中的觀點(diǎn)：為了解決新技術(shù)帶來的新問題和新需求，會(huì)進(jìn)化出更多的新技術(shù)；如果一個(gè)國家希望能夠引領(lǐng)先進(jìn)技術(shù)，它需要的不是投資更多的工業(yè)院區(qū)或培養(yǎng)含糊的“創(chuàng)新”，它需要建立其基礎(chǔ)學(xué)科，而且不帶有任何商業(yè)目的。

縱觀國內(nèi)風(fēng)電葉片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的十五年，技術(shù)的支撐始終處于引領(lǐng)地位。而且，本質(zhì)上來看，葉片的發(fā)展其實(shí)就是一部新材料發(fā)展史，依托“材料學(xué)”這個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科的不斷突破，才有了當(dāng)前百米級風(fēng)電葉片的“隨風(fēng)起舞”。

全球能源轉(zhuǎn)型下，新材料、智能制造、綠色供應(yīng)鏈將是風(fēng)電葉片發(fā)展的三大趨勢，也將成為支撐我國可再生能源高質(zhì)量發(fā)展的中流砥柱。