風機葉片產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴大 國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)面臨挑戰(zhàn)

近日，國家軟科學計劃項目《若干重點產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新政策研究——半導體照明、風電》最新研究報告指出，低端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩，缺少具有競爭力的高端產(chǎn)品將使國內(nèi)風機葉片生產(chǎn)企業(yè)在2012年面臨新的挑戰(zhàn)。

“葉片是風機設備的核心部件之一，從零部件價值量的角度來看，葉片的價值量最大，造價約占整個設備的25%；同時，風機葉片產(chǎn)業(yè)是風電機組部件中確定性較高、市場容量較大、盈利模式清晰的復合材料行業(yè)?！闭憬?lián)洋復合材料有限公司總經(jīng)理蔡正杰表示。

然而，我國風力發(fā)電機葉片生產(chǎn)企業(yè)的技術來自國外，依據(jù)國外的標準組織生產(chǎn)，原材料從國外進口，企業(yè)沒有自主研發(fā)創(chuàng)新的積極性。在葉片的試驗開發(fā)、設計制造、生產(chǎn)工藝、模具裝備中的許多關鍵技術中國并未掌握?？此茻狒[的中國風電制造產(chǎn)業(yè)，背后暗藏隱憂。

碳纖維優(yōu)勢漸顯

“風機葉片材料的強度和剛度是決定風力發(fā)電機組性能優(yōu)劣的關鍵。玻璃鋼葉片材料因為重量輕、比強度高、可設計性強、價格比較便宜等因素，成為大中型風機葉片材料的首選。然而，隨著風機葉片朝著超大型化和輕量化的方向發(fā)展，玻璃鋼復合材料開始達到其使用性能的極限，碳纖維維復合材料（CFRP）逐漸開始應用到超大型風機葉片中?！敝袊伙柡途埘渲袠I(yè)協(xié)會副秘書長趙鴻漢秘書長說。

據(jù)悉，葉片是風力機的關鍵部件之一，涉及氣動、復合材料結(jié)構(gòu)、工藝等領域。葉片的長度和風機的功率成正比，風機功率越大，葉片越長?！盀榱吮ＷC在極端風載下葉尖不碰塔架，葉片必須具有足夠的剛度。減輕葉片的重量，又要滿足強度與剛度要求，有效的辦法是采用碳纖維增強?！睎|華大學紡織學院的專家羅永康表示，根據(jù)國外有關資料報道，當風力機超過3MW、葉片長度超過40米時，在葉片制造時采用碳纖維已成為必要的選擇。事實上，當葉片超過一定尺寸后，碳纖維葉片反而比玻纖葉片便宜，因為材料用量、勞動力、運輸和安裝成本等都下降了。

事實上，盡管國內(nèi)已經(jīng)生產(chǎn)出50多米的碳纖維復合材料葉片，但是質(zhì)量可靠性尚未經(jīng)過嚴格的測試和時間的檢驗。國內(nèi)主流、較成熟的產(chǎn)品仍然是以30～40米左右的玻璃纖維復合材料葉片為主。2011年我國發(fā)生近10起風電事故，國內(nèi)整機制造的前5名企業(yè)幾乎都未能幸免。“倒機是風電發(fā)展中最嚴重事故?！敝袊L能協(xié)會副理事長施鵬飛說。據(jù)了解，風機出現(xiàn)的質(zhì)量問題還包括風機葉片、主軸斷裂等。

“在越來越嚴格的質(zhì)量要求下，相信碳纖維將會在風機制造中得到更多的應用?！币晃粯I(yè)內(nèi)人士認為，目前國內(nèi)的風機生產(chǎn)廠商，普遍遵循的是國際電工委員會（IEC）的標準和德國勞埃德船級社標準（GL），但針對風機生產(chǎn)，并無“中國標準”。國內(nèi)的《風電并網(wǎng)技術標準》是針對風電上網(wǎng)而制定的，對機械部件的裝備工藝、密封設計、抗沖擊力等也并無詳細規(guī)定。

優(yōu)利康達（天津）科技有限公司的專家樊中力認為，相比玻纖，碳纖維在風電葉片中應用的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下三個方面：首先是提高葉片剛度，減輕葉片重量。碳纖維的密度比玻璃纖維小約30%，強度大40%，尤其是模量高3至8倍。其次是提高葉片抗疲勞性能。相關研究表明，碳纖維合成材料具有出眾的抗疲勞特性，當與樹脂材料混合時，則成為風力機適應惡劣氣候條件的最佳材料之一。再次是使風機的輸出功率更平滑更均衡，提高風能利用效率。使用碳纖維后，葉片重量的降低和剛度的增加改善了葉片的空氣動力學性能，減少對塔和輪軸的負載，從而使風機的輸出功率更平滑和更均衡，提高能量效率。

“風機葉片制造工藝的差距，其本質(zhì)就是中國復合材料尤其是玻璃纖維、碳纖維工業(yè)和西方的差距?！壁w鴻漢認為?！澳壳埃覈呀ê蛿M在建的碳纖維產(chǎn)能已達到7～8萬噸／年，其中已建成的產(chǎn)能為5000噸。然而2010的產(chǎn)量卻只有千噸左右，而且部分產(chǎn)品質(zhì)量水平連T300級都達不到，每年8000～9000噸的需求量大部分要依靠進口。”業(yè)內(nèi)專家不無擔憂地表示，大量生產(chǎn)線出現(xiàn)“趴窩”現(xiàn)象的背后，反映了我國碳纖維目前真實的技術現(xiàn)狀。

國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會副秘書長李克健曾表示：“經(jīng)過近年的攻關，我國在一些碳纖維應用領域已經(jīng)不再受制于人，但整體技術水平仍然相對落后。由于碳纖維制造技術被日本、美國等專利覆蓋，我國企業(yè)缺乏核心自主知識產(chǎn)權(quán)的技術支撐，尚未全面掌握完整的碳纖維制造核心關鍵技術?！?

據(jù)中科院山西煤化所碳纖維制備技術國家工程實驗室主任呂春祥介紹：“目前，日本東麗公司的系列化聚丙烯腈基碳纖維最具代表性，其產(chǎn)品主要分為T、M、MJ三個系列，每個系列又有不同型號，遠遠領先于世界平均水平。日本在1984年就生產(chǎn)出了T700級產(chǎn)品，我國碳纖維研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化技術已經(jīng)落后20~25年，目前該產(chǎn)業(yè)仍然處于培育階段。”呂春祥補充說，我國高性能碳纖維基本處于空白，目前國內(nèi)只有相當于或者次于T300級碳纖維的產(chǎn)品，T700級碳纖維尚處于工程化研究階段，T800、MJ系列碳纖維尚在攻關，而且牌號、規(guī)格單一。目前國內(nèi)以3k（每束3000根）、12k的T300級碳纖維為主打產(chǎn)品，許多低端產(chǎn)品毛絲多，性能指標不穩(wěn)定，通用性差。與此同時，國外單線最大產(chǎn)能已達1800噸（12k），生產(chǎn)效率高。相比之下，我國生產(chǎn)技術和設備規(guī)模均有較大差距，因此成本差異很大，導致我國碳纖維產(chǎn)品沒有市場競爭力。

來源：中國風力發(fā)電網(wǎng)

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