風機越做越大 但配套的葉片正面臨大型化難題

今年，中國海上風電市場新增了7.25MW、8MW及10MW機組，陸上風機最大容量將刷新至5MW。隨著風機容量擴大，搭載的葉片長度隨之增長。

在2019北京國際風能大會暨展覽會（下稱風能展）的風電葉片大型化技術論壇上，明陽智慧能源集團股份公司（下稱明陽智能，601615.SH）風能研究院副院長李軍向表示，機組大型化已成為風電行業(yè)發(fā)展趨勢，未來五年，陸上風機的風輪直徑將超過200米。

風輪直徑的大小，則直接取決于葉片的長短。作為風能的輸入端，葉片是風機的關鍵核心部件，關系著捕捉風能的多少。

葉片長度還在一定程度上決定風電機組的發(fā)電水平及整機成本。目前，葉片成本約占風機價格總成本的20%左右。

在該技術論壇上，多位專家均表示，為匹配大容量風機，葉片制造的一大挑戰(zhàn)是，需同時具備大型化與輕量化兩個特點。

越來越長的葉片將使葉片增厚及重量增加，導致氣動效率降低，從而影響發(fā)電效率。

葉片重量下降，則可減少機組塔架、軸承等其它部件的載荷，還可降低風電機組運輸、安裝、維護成本。

維斯塔斯風力有限公司技術專家孫樹偉提出，未來的葉片只有兼具鋼度大、強度高、重量輕的特點，才能夠實現(xiàn)大規(guī)模批量化應用。

中國8MW及10MW大容量海上風機分別于8月和9月下線，并將逐步實現(xiàn)商業(yè)運行，大葉片的需求也隨之增高。

9月，科技部發(fā)布2019年國家重點研發(fā)計劃重點專項項目申報指南的相關通知，除提出開展10MW級海上風電機組樣機研制與檢測試驗技術外，還提出開展新型輕量超長柔性葉片等關鍵部件的設計研發(fā)。

中國船舶重工集團海裝股份有限公司（下稱中國海裝）仿真及前言技術研究所文茂詩表示，中國海裝的海上5MW平臺產(chǎn)品，葉輪直徑從128米升級至171米，實現(xiàn)了40%發(fā)電量的提升。

然而，大葉片面臨大型化與輕量化平衡的設計矛盾。相同的設計方法，隨著葉片長度的增加，重量必然上升。

對此，孫樹偉表示，相較于傳統(tǒng)的玻璃纖維葉片，碳纖維葉片的重量更輕，根據(jù)具體的設計翼型和長度，可降低葉片重量30%-50%。2018年，維斯塔斯使用碳纖維超過2萬噸，成為全球最大的碳纖維使用者。

但據(jù)界面新聞記者了解，對于國內(nèi)大部分廠家而言，碳纖維仍是昂貴的材料。目前，玻璃纖維仍是中國廠家在平價時代的最高性價比選擇。

據(jù)東方電氣風電有限公司（下稱東方電氣，600875.SH）葉片技術產(chǎn)品經(jīng)理李松林介紹，玻璃纖維比碳纖維約重35%，但成本低30%。

李松林表示，面對碳纖維和玻纖材料兩難的選擇時，可考慮性能和載荷的平衡。

目前，全球最大葉片為LM風電集團（下稱LM）生產(chǎn)的107米葉片，這款葉片安裝在目前全球最大容量GEHalide-X12MW海上風機上。LM是全球最大的獨立葉片制造商。

LM葉片制品公司高級執(zhí)行官、前端工程師本杰明·亨德里克斯表示，大型風機葉片一定要有足夠的耐受性。

界面新聞記者從LM的工作人員處獲悉，考慮到成本因素，公司為GE提供的107米長度葉片使用了碳纖維，但用量較少。

該人士稱，目前市場上尚未有全葉片使用純碳纖維的產(chǎn)品，均為復合使用。

據(jù)東方電氣一不愿具名的工作人員介紹，東方電氣此前下線的10MW海上風機，匹配了90米長度葉片，該葉片主梁為純碳一體灌注。

據(jù)界面新聞記者了解，金風科技的6.45MW海上風機葉片，也使用了碳纖維。

上述東方電氣工作人員表示，在葉片中注入碳纖維成本高，工藝難度較大，目前國內(nèi)很多廠家生產(chǎn)碳纖維葉片尚存在一定難度。

在文茂詩看來，大型化風機發(fā)展過快，導致全產(chǎn)業(yè)鏈技術欠成熟，帶來技術風險增大，成本增加。

他認為，海上風機與葉片的大型化，需結合總體收益率綜合考慮。

據(jù)文茂詩測算，同時考慮葉片大型化與收益率，在目前的技術狀態(tài)下，7MW-8MW海上風機能達到最優(yōu)收益率區(qū)域，可成為競價時代的重要籌碼。

文茂詩進一步解釋稱，目前10MW海上風機的成本必然偏高，但考慮未來技術的發(fā)展預期以及產(chǎn)業(yè)鏈進步，10MW機組及長葉片在經(jīng)濟性上的優(yōu)勢將被展現(xiàn)。（記者|席菁華）