目前,風電葉片大梁主要采用的三種制造工藝生產(chǎn):
過去主要是真空袋壓成型和真空導入成型,效率低、成本高。按這樣的材料與工藝,只有40 米以上的風電葉片(即風輪直徑80米,功率1.8兆瓦以上)使用碳纖維替代玻璃纖維才可能被用戶接受。而在新的結構工藝下,拉擠成型碳梁應用前景廣闊。
通過創(chuàng)新設計將主梁承力結構分拆為可裝配的拉擠梁片標準件。該公司是全球領先的風電設備制造巨頭,在大梁結構上采用了革命性的創(chuàng)新設計:把整體化成型的主梁主體受力部分拆分為高效、低成本、高質(zhì)量的拉擠梁片標準件。然后把這些標準件一次組裝整體成型。
該工藝使得碳纖維使用成本大幅降低。這種用新設計和新工藝制造的碳纖維主梁,完成技術攻關后,碳纖維在風電領域的使用量進入快速增長期。以中國為例:2014年風電領域的碳纖維用量還是0,到2018年就激增到8000噸。
二、風輪直徑擴大增加碳纖維在風電領域應用
根據(jù)分析結果,到2025年風輪直徑將從現(xiàn)在的100m擴大到160m,IEA 的分析也可以得出類似的結論。由此可見,為了提高風機效率,滿足更廣泛的風場條件,業(yè)界已經(jīng)形成共識:風輪直徑擴大是風電未來的發(fā)展趨勢。
風輪直徑擴大,必然導致葉片剛度下降,更加容易變形。如何在一定保證質(zhì)量的前提下,提高葉片剛度,是風電葉片設計必須要考慮的問題。碳纖維(主要是大絲束碳纖維)作為質(zhì)量輕、強度高、模量高的新型材料在風電葉片領域的應用必將進一步提升。
風輪直徑擴大是風電未來趨勢:資料來自 GE
風塔增高是風輪直徑擴大的必然結果:資料來自 IEA
三、中國需求日益重要,進口替代正在進行
中國碳纖維需求增加是全球碳纖維需求持續(xù)增長的重要因素。2018 年,中國碳纖維需求量為3.1萬噸(不同機構預測略有不同,但都保持了高增速)。在過去十年間,保持了14%左右的復合增長率,并在最近3年呈現(xiàn)加速增長的態(tài)勢。