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风机越做越大,但配套的叶片正面临大型化难题

日期:2019-10-24    来源:界面新闻  

国际新能源网

2019
10/24
11:38

关键词: 海上风电 风电叶片 陆上风机

  大叶片制造的一大挑战是,需同时具备大型化与轻量化两个特点。
  今年,中国海上风电市场新增了7.25MW、8MW及10MW机组,陆上风机最大容量将刷新至5MW。随着风机容量扩大,搭载的叶片长度随之增长。
  在2019北京国际风能大会暨展览会(下称风能展)的风电叶片大型化技术论坛上,明阳智慧能源集团股份公司(下称明阳智能,601615.SH)风能研究院副院长李军向表示,机组大型化已成为风电行业发展趋势,未来五年,陆上风机的风轮直径将超过200米。
  风轮直径的大小,则直接取决于叶片的长短。作为风能的输入端,叶片是风机的关键核心部件,关系着捕捉风能的多少。
  叶片长度还在一定程度上决定风电机组的发电水平及整机成本。目前,叶片成本约占风机价格总成本的20%左右。
  在该技术论坛上,多位专家均表示,为匹配大容量风机,叶片制造的一大挑战是,需同时具备大型化与轻量化两个特点。
  越来越长的叶片将使叶片增厚及重量增加,导致气动效率降低,从而影响发电效率。
  叶片重量下降,则可减少机组塔架、轴承等其它部件的载荷,还可降低风电机组运输、安装、维护成本。
  维斯塔斯风力有限公司技术专家孙树伟提出,未来的叶片只有兼具钢度大、强度高、重量轻的特点,才能够实现大规模批量化应用。
  中国8MW及10MW大容量海上风机分别于8月和9月下线,并将逐步实现商业运行,大叶片的需求也随之增高。
  9月,科技部发布2019年国家重点研发计划重点专项项目申报指南的相关通知,除提出开展10MW级海上风电机组样机研制与检测试验技术外,还提出开展新型轻量超长柔性叶片等关键部件的设计研发。
  中国船舶重工集团海装股份有限公司(下称中国海装)仿真及前言技术研究所文茂诗表示,中国海装的海上5MW平台产品,叶轮直径从128米升级至171米,实现了40%发电量的提升。
  然而,大叶片面临大型化与轻量化平衡的设计矛盾。相同的设计方法,随着叶片长度的增加,重量必然上升。
  对此,孙树伟表示,相较于传统的玻璃纤维叶片,碳纤维叶片的重量更轻,根据具体的设计翼型和长度,可降低叶片重量30%-50%。2018年,维斯塔斯使用碳纤维超过2万吨,成为全球最大的碳纤维使用者。
  但据记者了解,对于国内大部分厂家而言,碳纤维仍是昂贵的材料。目前,玻璃纤维仍是中国厂家在平价时代的最高性价比选择。
  据东方电气风电有限公司(下称东方电气,600875.SH)叶片技术产品经理李松林介绍,玻璃纤维比碳纤维约重35%,但成本低30%。
  李松林表示,面对碳纤维和玻纤材料两难的选择时,可考虑性能和载荷的平衡。
  目前,全球最大叶片为LM风电集团(下称LM)生产的107米叶片,这款叶片安装在目前全球最大容量GE Halide-X 12MW海上风机上。LM是全球最大的独立叶片制造商。
  LM叶片制品公司高级执行官、前端工程师本杰明·亨德里克斯表示,大型风机叶片一定要有足够的耐受性。
  记者从LM的工作人员处获悉,考虑到成本因素,公司为GE提供的107米长度叶片使用了碳纤维,但用量较少。
  该人士称,目前市场上尚未有全叶片使用纯碳纤维的产品,均为复合使用。
  据东方电气一不愿具名的工作人员介绍,东方电气此前下线的10MW海上风机,匹配了90米长度叶片,该叶片主梁为纯碳一体灌注。
  据记者了解,金风科技的6.45MW海上风机叶片,也使用了碳纤维。
  上述东方电气工作人员表示,在叶片中注入碳纤维成本高,工艺难度较大,目前国内很多厂家生产碳纤维叶片尚存在一定难度。
  在文茂诗看来,大型化风机发展过快,导致全产业链技术欠成熟,带来技术风险增大,成本增加。
  他认为,海上风机与叶片的大型化,需结合总体收益率综合考虑。
  据文茂诗测算,同时考虑叶片大型化与收益率,在目前的技术状态下,7MW-8MW海上风机能达到最优收益率区域,可成为竞价时代的重要筹码。
  文茂诗进一步解释称,目前10MW海上风机的成本必然偏高,但考虑未来技术的发展预期以及产业链进步,10MW机组及长叶片在经济性上的优势将被展现。
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