風機葉片產業規模擴大 國內生產企業面臨挑戰

近日，國家軟科學計劃項目《若干重點產業技術創新政策研究——半導體照明、風電》最新研究報告指出，低端產品產能過剩，缺少具有競爭力的高端產品將使國內風機葉片生產企業在2012年面臨新的挑戰。

“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，風機葉片產業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。”浙江聯洋復合材料有限公司總經理蔡正杰表示。

然而，我國風力發電機葉片生產企業的技術來自國外，依據國外的標準組織生產，原材料從國外進口，企業沒有自主研發創新的積極性。在葉片的試驗開發、設計制造、生產工藝、模具裝備中的許多關鍵技術中國并未掌握。看似熱鬧的中國風電制造產業，背后暗藏隱憂。

碳纖維優勢漸顯

“風機葉片材料的強度和剛度是決定風力發電機組性能優劣的關鍵。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。”中國不飽和聚酯樹脂行業協會副秘書長趙鴻漢秘書長說。

據悉，葉片是風力機的關鍵部件之一，涉及氣動、復合材料結構、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。“為了保證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。”東華大學紡織學院的專家羅永康表示，根據國外有關資料報道，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，盡管國內已經生產出50多米的碳纖維復合材料葉片，但是質量可靠性尚未經過嚴格的測試和時間的檢驗。國內主流、較成熟的產品仍然是以30～40米左右的玻璃纖維復合材料葉片為主。2011年我國發生近10起風電事故，國內整機制造的前5名企業幾乎都未能幸免。“倒機是風電發展中最嚴重事故。”中國風能協會副理事長施鵬飛說。據了解，風機出現的質量問題還包括風機葉片、主軸斷裂等。

“在越來越嚴格的質量要求下，相信碳纖維將會在風機制造中得到更多的應用。”一位業內人士認為，目前國內的風機生產廠商，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，并無“中國標準”。國內的《風電并網技術標準》是針對風電上網而制定的，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定。

優利康達（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勢主要體現在以下三個方面：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，其本質就是中國復合材料尤其是玻璃纖維、碳纖維工業和西方的差距。”趙鴻漢認為。“目前，我國已建和擬在建的碳纖維產能已達到7～8萬噸／年，其中已建成的產能為5000噸。然而2010的產量卻只有千噸左右，而且部分產品質量水平連T300級都達不到，每年8000～9000噸的需求量大部分要依靠進口。”業內專家不無擔憂地表示，大量生產線出現“趴窩”現象的背后，反映了我國碳纖維目前真實的技術現狀。

國家新材料產業發展戰略咨詢委員會副秘書長李克健曾表示：“經過近年的攻關，我國在一些碳纖維應用領域已經不再受制于人，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，我國企業缺乏核心自主知識產權的技術支撐，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年就生產出了T700級產品，我國碳纖維研發和產業化技術已經落后20~25年，目前該產業仍然處于培育階段。”呂春祥補充說，我國高性能碳纖維基本處于空白，目前國內只有相當于或者次于T300級碳纖維的產品，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、規格單一。目前國內以3k（每束3000根）、12k的T300級碳纖維為主打產品，許多低端產品毛絲多，性能指標不穩定，通用性差。與此同時，國外單線最大產能已達1800噸（12k），生產效率高。相比之下，我國生產技術和設備規模均有較大差距，因此成本差異很大，導致我國碳纖維產品沒有市場競爭力。

來源：中國風力發電網

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