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低成本高性能叶片创新设计与制造

北极星风力发电网  来源:北极星风力发电网    2020/10/15 11:46:51  我要投稿  

北极星风力发电网讯:2020年10月14日,明阳智慧能源集团股份公司明阳智慧叶片公司董事长李军向在2020北京国际风能大会暨展览会(CWP 2020)上发表了关于“低成本高性能叶片创新设计与制造”主题演讲。

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以下为发言实录:

李军向:大家下午好,今天我讲的主题是:拥抱平价时代,我马上会讲到平价时代的到来,对于我们来讲意味着什么,要面临怎样的问题,有怎样的解决方案和思路,通过叶片的设计和制造这两个方面来应对我们的平价时代。

什么叫平价时代,从2019年下半年到2020年面临双抢的形势,一个是海上,一个是陆上,无论海上陆上我们进行全面的抢装时代,但是时间很快过去了,11月底陆上抢装潮就会结束,我们进入什么时代呢,海上抢装跟陆上平价的两个时代,到2021年9月份海上抢装就会结束,往后就是双平价的时代,海上陆上都进入平价,这意味着形势发展在逼迫我们做各种改变,包括思想观念和思路的改变。

下面这张图就是我们改变的推动力,平价指的就是上网电价,所以我们的改变来源于电价,当然这主要是国家政策改变,从左下角这个图可以非常清楚的发现,国家通过风电上网电价来倒逼整个行业的发展,传递两个信号,第一,当前的形势,第二,我们的电价。

这张图是风电的上网电价要跟煤电火电电价一样的,就是所谓的平价,从2018年到2020年,三年时间,这些柱状图就是在中国各个省份风电的价格,大家可以看到,在这三年之中火电价格一直在风电之下,因为国家一直在风电进行补贴,时代不一样了,补贴会消失,因为陆上很快进入平价时代。

我们面临的是一个平价时代,这个平价时代我们可以稍微再量化一下,什么叫平价时代,平价时代要求是什么,低电价意味着招标价格很低,我们经常面临招标的问题,业主给我们招标价格都相当低,所以我列了一个曲线,说明在以前大部分历史阶段上,售价都是在叶片成本之上,这就意味着叶片行业还是有利润可言的,有利润可言作为一个企业才能向前发展,可是到2020年之后,如果成本灰色的线,单位的售价随着招标价格的降低,导致售价会低于成本,这就是我们的平价时代,如果我们不开发低成本的叶片,整个叶片行业就面临着一个亏损状态,如果这个行业健康发展,必须成本要降下来,就是低成本化,但是低成本化如何做到,确实是值得我们商讨的地方。

目前气弹问题越来越突出,而受到我们解决的瓶颈,因为叶片更加细长,载荷越来越大,而我们的材料进步没有跟上时代发展的步伐,除了国家政策之外,整个风电机型越做越大也是一个问题,业主要求我们高发电量,你必须要保证发电量,业主业绩要考核,然后价格又不能太贵,因为上网电价作为一个关键的制约因素在那儿卡着,作为我们叶片行业和风电行业如何降低成本。

我们解决方案应该要具体化,而不能大而宽而且泛,首先材料与工艺技术创新,这是我们应对的一个方案,我们的叶片已经不符合原来所谓的规律,如果是成正比的话,这个叶片重得不得了,不符合我们轻量化的发展趋势,叶片的发展我们经历了很多,包括预弯的引入,当时都不敢做,LM在中国有预弯的专利,但是后来还是通过国家层面的专利给规避掉了,空气动力学的套件,这是后运维时代的一个方案,如果说没有套件是很难做到的,还有高展弦比、厚翼型、新材料新工艺,这些是我下面要讲的。

材料的进步到底给我们叶片行业带来什么样的利好,它到底在哪里,它的进步够还是不够,能不能跟上咱们平价时代到来,行业发展的步伐,对于主梁的材料来讲,最关键的就是模量,模量会影响刚度,会影响发电量,发电量是我们需要解决的痛点问题之一,所以在材料逐渐进步的情况下,我们叶片重量是逐渐下降的,这个符合整个行业叶片轻量化的发展趋势。高比模量玻纤,通过玻纤的运用和创新带来低的度电成本,也是我们解决平价时代一个很重要的方面,所以高比模量玻纤的运用是我们需要的。

讲到高比模量玻纤的应用,以前海上风电只用碳纤维,但是玻纤一直在进步,我重点讲一下恒石,恒石在行业也算是领先,我所掌握的数据,模量比CPIC的稍微高一点点,由于材料的进步推动了风电机组,包括叶片的大型化,用玻纤设计大型化叶片成为可能。以前给大家的感觉是,如果是海上叶片,比如抗台风的,必须用碳纤,包括中材的85.6用的是玻纤,上海电气也用的是玻纤,明阳是最早一个公司用玻纤来设计海上抗台风大叶片公司,包括155的机型,无论是抗台还是非抗台,由于材料的进步,由于玻纤材料的进步,重要的就是模量,导致大叶片的设计,用玻纤设计成为可能,低成本化变成可能,这是高模量,高比模量给我们整个叶片行业带来的利好。

下面这个更加说明问题,度电成本还是一样,我们最终还是要回归到解决的痛点问题上,度电成本一定是下降的,年发电小时数,这个指标很关键,因为它关系到收益,材料的进步会导致度电成本逐年下降,然后导致年发电小时数的增加,这是我们应对平价时代要解决的问题。

其实材料的进步是没有跟上行业发展的步伐,因为我们已经到这里来了,可是我们的材料还在这里,而且现在还不成熟,真正成熟的在这里,中间是有差距的,怎么办呢,我们用混和的方式,用玻纤的低成本,碳纤的高性能进行混和,明阳叶片的开发已经全部量产化了,所以算是起步的比较早的一家公司。碳玻混材料是利用玻纤的低价和碳纤维的高性能,我一直在寻找的另外一个材料,在他们之间,不是一种混和的方式,这个其实我们要做一个平衡,因为玻纤和碳纤比例是可以调整的,但是调整以后,基本上又是一种新的材料,也有大量的测试,这个需要各个叶片公司或者各个单位内部去做一些研究了。热塑性树脂,树脂一直以来进步不是很大,它毕竟还没有批量化,是否能够成为相配的树脂,还有待去印证。我认为作为一个将来我们可能的一个选项,是很有必要的,因为可以节约占模时间,可以提高我们的生产效率,可以节约人工成本和时间成本。最终还是过渡到成本上面,回收二次加工和二次成型加工焊接技术,我认为热塑性树脂可以作为将来树脂类的一个选项。

下面来讲玻纤拉挤,我们终究回归到平价时代的需求,低成本高性能,高发电量,叶片材料也要高性能,前面都是纯纱线的织物的性能,模量是板的模量,不是纱线本身的模量,E8我们能够做到52这个级别,这是巨石的纱线,能不能做到55还需要验证,最高的是E9。必须改变工艺,材料不改变,各位很清楚。但是我们改变工艺,性能一下上来,由48,这是E7的玻纤灌注,提升了20%,性能的提升特别明显,20%对于一个材料来讲是一个很大的跨越了,这边是碳玻灌注的,我们已经量产了的数据,性能提升非常明显,平价时代必须这么做,否则没有出路,所以性能提升是很明显的,

另外一个话题低成本价格,灌注的价格15,拉挤20,拉挤的价格绝对是亏本的,这个价格不适合平价时代,必须要低于这个价格,否则叶片就是亏本的,所以拉挤工艺在性能上有优势,在价格上需要供应商配合叶片公司,或者整机厂叶片单元把这个降下来,目前挂机叶片正在运行,一些优点是自动化程度效率也很高,如果采用拉挤工艺的话,主梁的模具可以不要了,性能可以提升20%以上,质量稳定,有做过生产和工艺同事很清楚,主梁最怕的就是有皱褶,简直就是癌症,拉挤工艺彻底治愈了癌症,它质量稳定靠谱,设计友好,材料利用率高,为什么拉挤会得到材料提升呢,我们无论搞材料还是搞工艺都知道,纱线越值性能发挥的越好,但是灌注怎么可能保证纱线是很值的呢,但是拉挤工艺尽可能把纱线变得很直,性能的提升足以说明拉挤工艺的优点。

还是要讲拉挤,应对平价时代一个很重要的解决方案,它的优点,第一,模量提升20%就是性能。第二,叶片重量在同等条件下减轻12%,成本降低10%以上,如果供应商能够配合我们,节约成本会更多,发电量没有增加,因为我们把优势全部放在叶片成本上了,没有兼顾发电量,度电成本也是。还有缠绕工艺,回到气弹问题上,能不能用缠绕工艺解决气弹问题,气弹问题完全属于设计问题,气弹问题可以通过材料气动和结构,气弹问题很重要的就是扭转刚度不够,如果高发电量的话,外形要做的扁平,要薄翼型,要提高扭转刚度,如果用现在的方式,无论是拉挤还是灌注的话,通过工艺角度再去提高扭转刚度已经做不到了,还是要各位同仁一起去研究,我们拭目以待。

关于设计,我就不多讲了,因为看法很多,仁者见仁,智者见智,我们要综合考虑,你们到底认为是预埋的好还是打孔的好,说不清楚,包括西门子都有自己的技术路线,不同的技术路线可以达到同样的目的,所以这个东西就是打孔,如果优化我们的设计,同样可以设计的非常棒,非常好,海上大叶片全部都是打孔,都是可以做出非常优秀的叶片,后缘粘接也是这样,两者是相互关联的,还有主梁设计非常关键,其实它可以不对称。

生产技术方面有很多体会,我们后面生产的方向是什么,就是面对平价时代,生产自动化和半自动化。这个讲的是叶片智造,智能的智,除了材料以外,成本最大的是人工成本,效率最大的是人,当这个工艺改进,生产管理的变革,也是有必要的,但是这些做完以后就变成人,人是一个最大的因素,我们通过自动化和半自动化解决问题。

组装式生产也是叶片生产的变革,叶片是发生化学反应,而不是组装式生产,所以我们叶片有没有可能在将来,但不是现在,在将来实现组装式生产,把我们效率大幅度提高,就意味着人们呢,人工成本大幅度下降,制造成本大幅度下降,同样回归到我们平价时代的痛点之一低成本,所以组装生产也是一个解决方案。

最后做个小结,我讲平价时代的痛点是两个。第一是低成本,第二是高发电量。风电行业要发展就必须要解决这两个痛点问题,度电成本在2018年2019年的时候,基本上跟风电平齐了,所以我们面临最大竞争对手是太阳能,不是我们自己。所以面对风电时代的平价时代,各位同行,我们一起努力,解决风电平价时代的痛点问题就是要低成本和高发电量,谢谢大家。

(根据速记整理,未经本人审核)

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