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风机叶片材料创新助力行业降本

来源:中国能源报    作者:    发布时间:2022-11-30

  聚氨酯树脂、聚酯树脂、碳纤维等新兴叶片材料不断涌现,风机叶片材料的创新进程明显提速。

  近日,叶片生产商株洲时代新材料科技股份有限公司(以下简称“时代新材”)与材料供应商科思创宣布,合作的第1000支聚氨酯树脂风机叶片已正式下线,开创聚氨酯树脂叶片批量化生产的先河。

  近年来,我国风电产业呈现高速发展态势,更轻、更大、更加可持续已成为风机叶片生产的主要发展方向,除了聚氨酯树脂外,聚酯树脂、碳纤维等新兴叶片材料更是不断涌现,风机叶片材料的创新进程已明显提速。

  聚氨酯树脂叶片渗透率提高

  据了解,通常情况下,风机叶片主要由树脂、增强纤维以及芯材等材料组成。目前,风机叶片生产工艺使用的树脂以环氧树脂为主,考虑到树脂成本、制造效率、循环使用等因素,风机叶片生产商也在积极寻求其他解决方案。其中,聚氨酯树脂材料与传统环氧树脂材料相比,具有更易固化、更高耐久性等优势,被业界视作新一代具有潜力的风机叶片树脂材料。

  “聚氨酯树脂是一种高性能的高分子材料。一方面,聚氨酯树脂韧性、抗疲劳性能都相对较好,符合风机叶片的要求;另一方面,与环氧树脂相比,聚氨酯树脂成本也具备一定优势,性价比相对更高。”时代新材风电产品事业部研发总监冯学斌在接受记者采访时表示。

  与此同时,科思创在其产品介绍中也指出,聚氨酯树脂风机叶片具有更佳的机械性能,生产速度更快,已具有一定的市场竞争力,在风机叶片市场中的渗透率也开始提升。

  截至目前,时代新材已经制造了多种型号的聚氨酯树脂风机叶片,长度从59.5米到94米不等,叶片设计和铺层结构也有所不同,其中,94米的叶片已可应用于单机功率为8兆瓦的风机。据了解,聚氨酯树脂叶片已进入商业化应用阶段,在全国多个风电场投入使用。

  叶片材料创新明显提速

  实际上,除了聚氨酯树脂外,近年来,国内外针对风机叶片原材料的其他创新研究也在不断涌现。丹麦风机叶片生产商LM的主打产品便是以聚酯树脂与玻璃纤维为主体材料。据该公司网站信息,经过多次设计改良优化,该公司的聚酯树脂风机叶片多次刷新全球最长风机叶片纪录。

  以碳纤维作为玻璃纤维的替代新材料则更加受到关注。在风机叶片轻量化的要求下,碳纤维以其高强度材料性能获得了行业青睐。就在今年,国内厂商中,金风科技、运达股份、明阳智能等主流风机制造商推出的风机都采用了以碳纤维为增强纤维的叶片。

  冯学斌告诉记者,目前,风机叶片材料创新发展主要集中在三个方向,一是在风电平价的压力下,叶片生产存在更高的成本控制要求,因此需要寻找性价比更高的叶片材料。二是叶片需要进一步适应风电开发环境,例如海上风电的大规模开发将推动碳纤维等高性能材料在叶片领域的应用。三是解决叶片的环保诉求,风机叶片复合材料的回收一直以来都是行业关注的难点问题,为此,行业也在寻求可回收、可持续的材料体系。

  新材料或成风电降本利器

  值得注意的是,多位业内人士向记者表示,在当前风电整机价格快速下降的情况下,风机叶片行业面临着较大的降本压力,因此,叶片材料的创新将成为推动风电降本的一大利器。

  行业研究机构信达证券在其研报中指出,风机叶片成本结构中,原材料成本占总生产成本的75%,而在原材料中,增强纤维和树脂基体成本占比分别达到21%和33%,是风机叶片原材料成本的主要部分。同时,业内人士也告诉记者,叶片在风机成本中占比约为25%,叶片材料的降本将在很大程度上推动风机制造成本的下降。

  信达证券进一步指出,风机大型化趋势下,力学性能优化、轻量化和降本正是目前风机叶片技术的迭代趋势,其实现路径必将是风机叶片材料、制造工艺和叶片结构的迭代优化,其中最为重要的还是材料端的迭代。

  “对于平价目标,叶片材料的创新将从以下三个方面推动行业降本。一是叶片材料本身成本的下降,二是叶片轻量化将推动风机载荷的降低,进而降低制造成本,三是风机叶片需要更高性能的材料以适应风机大型化趋势,从而实现度电成本的下降。”冯学斌表示。

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