登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
每千克百元,或是碳纤维材料不仅受风电领域广泛关注,还可以达到规模化应用的临界点。
20年前,维斯塔斯在丹麦、中国申请了一项专利;20年后,专利到期的蝴蝶效应可能传递到整个产业,扰动甚至决定风电叶片技术与市场的未来走向。
有分析者判断,相关拉挤工艺碳纤维主梁叶片专利的到期将成为一个里程碑事件,掀起叶片设计优化的小高潮,倘若碳纤维材料的价格再跟上市场需求的脚步,技术迭代与大规模应用的大高潮将近在眼前。判断基于这样的一项数据:近年来,全球风电叶片碳纤维需求量在3万吨左右,维斯塔斯就占了2万吨,这是市场的力量,也是专利的力量。
对于资本市场的欢欣鼓舞,专业厂商似乎并不买账。他们认为,专利到期会使碳纤维主梁叶片的设计更开放,扩大碳纤维在风电领域的应用范围。但今时不同往日,这毕竟是20年前工业水平下的发明,中国风电企业已经研制了更先进的替代技术。
同时,因叶片设计、制造理念不同,专利技术到期后还有很多先行者已经遇到和未曾遇到的问题需要解决。中复连众副总经理刘卫生对《风能》坦言:“这些问题不是照搬照抄就能解决的,需要我们不断探索新知,拥有自己的核心技术。”
那么中国碳纤维主梁叶片到底经历了什么,使专业厂商在利好面前这般心无旁骛又从容不迫?答案是明晰的技术发展方向与强烈的市场需求导向,让他们从未停止自己的脚步。
试水积极
制造风电叶片的材料一直在更迭。从最初耐久性不足的木材,到加工难度大的金属,直至玻璃纤维这一高分子复合材料的应用,才在一定程度上做到了性能、成本与可靠性兼顾。随着风电机组越来越大,叶片越来越长,被誉为下一代风电叶片关键材料的碳纤维,开始在风电领域得到推广。
这是一种既久远又新兴的材料。早在1880年爱迪生发明电灯时,首次将棉花、大麻和竹子等天然植物纤维碳化,用作白炽灯的灯丝。然而,其在航天与防护领域得到广泛应用,已是被发明的百年之后,距今不过数十年。
“叶片越来越长,对材料性能的要求不断提高,碳纤维质量轻,强度与模量高,是目前风电叶片首选材料。”有分析者认为:“碳纤维应用在叶片中的部位包括部分蒙皮、前缘、后缘等,目前应用最多的部分是风电叶片的主梁。”
据了解,主梁一般会占叶片整体重量的三分之一,却是支撑整支叶片的关键构件。使用碳纤维主梁,能够在最大程度节约成本的前提下,保证叶片强度,降低整体重量。
模量是指材料在受力状态下应力与应变之比。弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,该值越大,使材料发生一定弹性变形的应力也越大,即材料刚度越大,亦即在一定应力作用下,发生弹性变形越小。
国内某厂家对某款叶片进行E8级别玻璃纤维应用性能测试的结果显示,采用纤维灌注工艺的玻璃纤维0°拉伸与压缩模量分别为54GPa、52GPa;碳纤维则为120GPa、115GPa。除强度有所提升外,碳纤维主梁叶片的重量也比玻璃纤维有所下降。采用高模玻璃纤维灌注主梁的重量为3.6吨;采用碳纤维拉挤主梁的重量仅为1.4吨。上述整支叶片的重量可以从13.5吨,降低至11.8吨。
叶片强度提升叠加减重作用,带来的直接好处是可以降低整机载荷,在设计时可进一步降低主机、塔筒等的重量,实现整机降本。另一种思路是,进一步加大主机风轮直径,从而提高机组利用低风速风能资源的能力,提升发电效率。
因此,我国整机与叶片厂商纷纷布局碳纤维主梁叶片。早在2014年,中复连众就下线了应用碳纤维主梁的75米叶片,采用真空导入工艺。之后,这家企业又采用碳纤维预浸料制造碳纤维主梁。
“目前,中复连众自主开发的76米碳纤维预浸料主梁叶片已生产220套;由某整机商提供设计的90米碳纤维预浸料主梁叶片,共生产44套。”刘卫生介绍:“中复连众正在研发其他碳纤维利用技术,为整机商制造102米、110米的碳纤维叶片。”
独立叶片厂在加大碳纤维主梁叶片投入,整机商下属叶片厂同样不落下风。据某整机商一位叶片领域专家介绍,该公司在研或下线的10兆瓦级以上叶片,基本都在主梁区域使用了碳纤维材料,即将推出的110米级以上的叶片主梁也使用了这种材料。
除上述企业外,金风科技、远景能源、明阳智能、电气风电、中国海装、东方电气等整机企业,中材科技、时代新材等叶片企业均在研发或已推出使用碳纤维材料的风电叶片,其中不乏长度超过百米,搭载于单机容量10兆瓦以上整机的产品。
成本高企
“随着海上风电机组进一步大型化,叶片发展到百米以上,应用碳纤维材料可使叶片与整机的综合效益越发明显,目前百米级海上风电叶片基本都采用了碳纤维主梁。”刘卫生提道。
面对碳纤维材料在风电叶片领域应用的增加,碳纤维的需求量也不断提高。有统计信息显示,到2016年,风电叶片以1.8万吨的需求量取代航空航天,成为全球碳纤维市场需求最大的领域。2021年,全球风电叶片碳纤维使用量为3万吨,中国风电叶片用碳纤维需求量高达2万吨,占全国碳纤维需求总量的40%左右。到2025年,全球风电叶片碳纤维需求量将超过9万吨。“十四五”期间,全球风电叶片碳纤维市场需求的年复合增长率可达30%。
在明确的需求面前,一种材料或产品最终能否实现大规模应用,不仅取决于自身性能,也与成本息息相关。这在碳纤维主梁叶片上同样适用。
“目前,国内碳纤维的性能基本得到了风电行业的认可,但价格过高导致其性价比不高是影响碳纤维叶片进一步规模化应用的关键因素。”刘卫生表示。
与成倍提高的性能和成倍减少的重量相比,碳纤维材料高出10倍的价格在眼下显得有些竞争力不足。“最关键的当然是价格和供应因素,这两点相关。产能和技术水平限制了碳纤维材料成本的下降,碳纤维价格目前在150元/千克以上,玻璃纤维不足15元/千克,这极大地限制了碳纤维的使用量。”上述整机商叶片领域专家认为。
2022年4月,光威复材发布的《2021年年度报告》提到,由于受到进口限制造成供应缺口以及疫情的影响,国产碳纤维行业环境和国内市场供求格局发生历史性变化,碳纤维价格快速上涨,供应严重紧张,并从个别型号产品蔓延到民用全系列产品,以碳纤维为原材料的碳梁业务受到成本快速上涨影响业务盈利能力下滑,而原材料短缺造成订单交付不足,导致2021年上半年公司碳梁业务勉强持平,毛利率从往年的22%下降到11%左右。2021年下半年,该公司多措并举,加强供应链管理、积极开发新的资源,缓解原材料紧张造成的订单交付不足状况,最终全年实现业务稳定增长,产品盈利能力得到一定程度改善,毛利率恢复到15.07%。
目前,风电叶片约占风电机组成本的22%,是成本第二高的部件。在碳纤维材料价格上涨的同时,风电机组价格却在近两年持续下降,带动叶片呈现价格下降趋势。这使因采用碳纤维主梁导致的叶片成本增加,难以被市场接受。
面对碳纤维主梁高企的成本和专利保护,我国厂商早在2年前就开展了“曲线救国”行动,大胆尝试将拉挤工艺应用在玻璃纤维主梁的制造上。结果发现,玻璃纤维拉挤主梁与玻璃纤维灌注主梁相比有诸多优势,包括效率高、成本低、质量稳定性好,且不用改变叶片设计,不需要模具和辅料等。
2021年2月,电气风电采用玻璃纤维拉挤板材工艺生产的海上风电叶片S90通过静力测试,打破了当时玻璃纤维叶片世界最长纪录。2022年年初,由时代新材自主研制生产的TMT185风电叶片在内蒙古鄂尔多斯装备制造工业园区下线,该叶片长91米,是当时国内已下线的最长陆上风电叶片。据统计,目前具备拉挤复合材料板材研发、生产制造能力的生产厂、叶片厂商以及行业内其他第三方设计机构,接近30家。
可以说,拉挤玻璃纤维主梁已经成为碳纤维主梁叶片最有力的竞争者,除非碳纤维材料成本能够得到一定降低,或是拉挤玻璃纤维主梁技术发展遇到新的瓶颈。
新的突破
“随着上游企业的增资扩产,如果今、明两年我国碳纤维材料产能得到大幅提高,推动市场价格降至百元以下,风电行业会全方位扩大应用规模。”上述叶片专家判断。
保守偏乐观的市场预期毕竟只是预期,存在一定不确定性因素。对于企业而言,在理性选择与保持好自身技术路线与研发节奏的同时,紧跟发展潮流更现实。虽然绝大多数企业将碳纤维视作未来风电叶片材料的必然发展方向,但在碳纤维高昂的成本与持续降低的主机价格的市场背景下,部分企业选择了一条折中的技术研发方向,即碳玻混主梁叶片。
“我们将碳纤维与玻璃纤维混合拉挤成型,运用于叶片主梁部位,综合了玻璃纤维的低成本和碳纤维的高性能,是应用于主梁的新材料。”某厂家一位技术负责人向《风能》解释。
推出碳玻混主梁叶片,并不代表上述厂家在纯碳纤维主梁叶片技术上有所缺失,或是将在碳玻混主梁叶片技术上一路走到底。“我们尚未推出纯碳纤维主梁叶片,但作为技术储备预研,会适时推向市场。”上述技术负责人强调。
据称,碳玻混拉挤叶片相比玻璃纤维叶片要求更精细的生产管控水平,包括针对结构强度和防雷系统的生产工艺流程。同时,也需要更高的打磨精度指标和防雷系统接口的工艺控制。与相同规格传统工艺的玻璃纤维叶片相比,碳玻混主梁叶片可减重20%,但由于使用了一部分碳纤维材料,目前相比玻璃纤维主梁叶片无法实现降本。
公开信息显示,除中复连众外,当下正在研发制造碳玻混主梁叶片技术的企业还有西门子歌美飒、艾尔姆、Repower、明阳智能、运达股份等。2021年7月,国内某厂家的一款碳玻混主梁叶片下线,成为当时全球最长的碳玻混拉挤叶片。2022年6月11日,运达股份10MW级110米海上叶片YD110通过全尺寸静力测试,是当前国内最长碳纤维海上风电叶片,采用双梁三腹板、碳玻混大梁的结构形式,既解决了结构失稳问题,又极大提高了其抗台风性能。
未来,风电叶片对碳纤维材料性能有永无止境的需求,如模量更高、极限应变更高、密度更低等。叶片制造企业希望有突破300GPa拉伸模量的碳纤维材料应用于叶片设计上,前提当然是要满足风电大规模生产对于用得起价格的需求。这确实需要整机企业、叶片企业,及上游碳纤维原料和原丝生产企业共同努力,以缩小同国际龙头企业深层次的技术差距。
抛开碳纤维主梁叶片本身,整机与叶片企业也在同上游一道,在其他叶片材料技术上寻找新的突破口。上述叶片专家提道:“希望未来有更多高精尖的材料,比如碳纤维这样之前用于军工的超轻超强材料,由于军民融合政策的发展也能让民用产业用得起。我们也会借鉴航空航天领域的材料应用与设计理念。但风电使用新型材料的原则仍然是性能出色,具有经济性,质量稳定可控。对于工艺,风电这种大规模生产的追求还是效率越高越好,工序越简单越好,操作参数窗口越大越好。”
具体来说,这些技术方向将包括可降解可回收树脂、高分子芯材、更高模量的纤维增强材料、更高效的缺陷检测工艺和设备、更精准高效的工艺控制技术、低界面能的除冰和环境保护材料,以及耐极限环境的胶粘剂等。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
近日,中国中车首支220陆上风电叶片成功下线。新款风电叶片长达107米,是中国中车继230陆上叶型后推出的第二款陆上“沙戈荒”超长柔叶片。220陆上风电叶片的扫风面积最大可达3.6万平方米,相当于5个足球场的面积。据了解,即将装用该叶片的风机满发运行1小时,可使一辆普通新能源汽车行驶6万多公里,相
2024年4月6日,陕西靖边县发生一起风电叶片运输车辆侧翻事故,目前具体情况不详。
引言风电叶片是风电系统的核心部分,造价成本占机组成本的20%以上,它的转动可以将风的动能转化为可用能源。叶片基体材料主要是环氧树脂和不饱和聚酯树脂,环氧树脂由于其优良的力学性能、耐热性能、与纤维界面的黏结性能及成型工艺性能而成为风机叶片最为主要的基体材料。叶片在高空、全天候条件下工
“通过多年积累,时代新材的家底,包括发展动力、人才资源、产业储备都在增厚,多重利好让我们对公司的未来发展充满信心。”日前,株洲时代新材料科技股份有限公司(以下简称“时代新材”)党委书记、董事长彭华文表示。作为中国中车旗下的A股上市企业,时代新材涉及轨道交通、工业与工程、风电叶片、
3月22日,中材科技发布2023年年报。年报显示,2023年,公司实现营业总收入258.89亿元,同比增长0.29%;归母净利润22.24亿元,同比下降37.77%。报告显示,2023年中材科技营业收入构成包括风电叶片、玻璃纤维及制品等。其中,风电叶片收入94.74亿元,占营业收入的36.59%,同比增长45.68%;玻璃纤维及制品
从“东南网”获悉,3月22日,福州港江阴港区,全球量产最长的108米大功率风电叶片,依次装载在马恩岛籍“传威远见”轮上,吊装8片后运往新加坡。福建三峡海上风电国际产业园位于福建省福清市,集聚多家风电龙头企业,近年来,园区内的风电研发、装备制造等企业抢抓机遇,调结构强制造,通过大容量风电
近日,由北极星电力网、北极星风力发电网主办的“第三届风电运维技改大会”在北京举行。金风慧能解决方案中心副总监钱毅泽发表了题为《多雷冻雨气象条件下机组适应性技术探索与实践》的演讲。他指出,近年来随着持续性寒潮天气的增加,风电机组如何适应冻雨、冰雪等极端天气成为挑战。在此背景下,金风
北极星风力发电网获悉:近日,挪威Odal风电场出现叶片批量故障,15台风电机组被迫关停,Odal风电场于2022年投入运行,总规模160MW,安装有34台SG5.0-145机组,目前,西门子歌美飒联合风电场开发商已经成立专门的叶片修复工作组,进行叶片的后续处理。据了解,本次事故风电机型正是此前西门子歌美飒对外
3月9日,贵州安顺一辆运送风力发电叶片车辆发生侧翻,叶片横躺上方高速公路致道路中断。现场人员表示:运输车在转弯时发生侧翻,叶片现场进行切割处理,所幸无人员受伤。
行稳致远谱写风电高质量发展新篇章庄琴霞中材科技党委委员、副总裁,中材叶片党委书记、董事长冬至阳生,岁回律转,时间记录着砥砺前行的足迹,岁月镌刻下拼搏奋斗的成就。2023年,是贯彻落实党的二十大精神开局之年,是实现国家“双碳”战略目标关键之年,也是中国风电行业平稳发展的向好之年。中材叶
2月27日,由明阳自主研制的MySE292海上超大型叶片在海南东方智能制造基地成功下线。该叶片适用于广东、广西、海南、浙江等广泛区域内的超一类海上区域,同时也为明阳开拓和布局国际市场奠定了坚实基础。该款叶片长143米,叶轮直径达292米,为全球已下线叶轮直径最大的风电叶片。MySE292海上超大型叶片
青海省公共资源交易网发布中复神鹰碳纤维西宁有限公司“年产14000吨高性能碳纤维及配套原丝项目”项下设备采购项目(第三十九批-原丝上油、烘干段新增废气处理装置)标段一中标候选人公示,邵阳中力纺织机械技术有限公司排名第一,报价988.8万元。
中国招标投标公共服务平台发布中复神鹰碳纤维连云港有限公司年产3万吨高性能碳纤维建设项目上油、烘干废气处理系统中标候选人公示。邵阳中力纺织机械技术有限公司预中标,报价1095.6万元。
近日,浙江蓝能氢能科技股份有限公司完成数亿元战略股权融资,本轮融资经上海联合产权交易所公开挂牌、遴选,确定了由中石化资本领投,光速中国、高瓴资本、孚腾资本、气候资本、中金资本、国泰君安、上汽集团、混改基金、鲁民投等10名国内知名产业及金融机构投资人共同参与投资。本轮融资资金将用于氢
近日,申能集团党委书记、董事长黄迪南与到访的吉林省吉林市委书记胡斌一行举行会晤,双方围绕氢能、碳纤维等领域合作进行深入交流。胡斌对申能集团在服务保障民生、引领新兴产业发展上展现的责任担当表示赞赏。他指出,吉林市深入学习贯彻习近平总书记在新时代推动东北全面振兴座谈会上的重要讲话精神
中国招标投标公共服务平台发布中复神鹰碳纤维连云港有限公司年产3万吨高性能碳纤维建设项目上油、烘干废气处理系统招标公告,项目预算1368万元。详情如下:
近日,中集安瑞科旗下中集氢能高压气氢事业部成功下线国内首台30MPa碳纤维缠绕管束式氢气集装箱并实现批量生产。此次下线的30MPa碳纤维缠绕管束式氢气集装箱刷新了国内高压氢气运输装备运载量的新纪录,国内高压气氢的经济运输半径成倍提升,运氢成本将大幅降低。目前,氢能储运作为氢能产业发展中的重
9月19日,国科领纤新材料(常州)有限公司(以下简称:国科领纤)宣布完成千万级天使轮融资,由麟阁创投与戈壁创投共同领投,小饭桌创投、常州伟驰基金跟投,融资资金将用于公司碳纤维原纸和碳纸产线建设。此前,国科领纤已在5月完成了种子轮融资,由麟阁创投独家投资。国科领纤于2023年在江苏常州武进
国内碳纤维企业产能及开工状态根据百川盈孚网站统计信息,国内主要碳纤维生产商产品及装置运行状态如下表所示,经统计显示国内碳纤维生产商总产能达到11.7万吨,且绝大多数碳纤维运行状态良好。(本文内容主要参考自“百川盈孚”)来源:百川盈孚2023年前五个月,国内碳纤维行业开工率维持在50%以上,
随着美国等国宣布以提高可再生能源能力为重点的政策和目标,一些涉及新型改进的可再生能源技术就获得了一定的机遇。美国纽约市Xenecore公司是一家致力于开发具有更高能量捕获能力的更高效风力涡轮机叶片的公司,该公司正在利用其复合材料零件领域的专业知识,设计并开发基于阻力的扇形风力叶片。大约两
近日,由TC31(全国气瓶标准化技术委员会)归口,TC31SC8(全国气瓶标准化技术委员会车用高压燃料气瓶分会)执行的国家标准《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》正式发布。该标准主要起草单位包括浙江大学、国家市场监督管理总局特种设备安全监察局、大连锅炉压力容器检验检测研究院有限公司、中
中国招标投标公共服务平台发布中复神鹰碳纤维西宁有限公司“年产14000吨高性能碳纤维及配套原丝项目”项下设备采购项目(第三十六批-溶剂回收车间无组织废气处理)中标候选人公示,江苏新神环有限公司排名第一,投标报价315.2800万元。
4月19日,由中国产业发展促进会主办,中国产业发展促进会氢能分会、北京国发智慧能源技术研究院承办的第九届中国能源发展与创新论坛在京召开。中国可再生能源学会风能专委会产业研究部部长武彩霞在“风光储先进技术分论坛”上表示,随着中国风电技术的不断发展和突破,“中国陆上风电项目的平均平准化
北极星风力发电网获悉,日前,重庆市发改委批复核准4个风电储能项目,总装机容量360MW,详情如下:重庆市发展和改革委员会关于巫溪红池坝尖山风电一期项目核准的批复巫溪县发展和改革委员会:你委《关于转报巫溪红池坝尖山风电一期项目核准申请的请示》(巫溪发改文〔2024〕30号)收悉。根据市发展改革
近日,龙源电力黑龙江公司伊春石帽顶子、小城山、老白山、小白山风电等容量升级改造项目取得黑龙江省发展和改革委员会核准批复,合计容量178.5兆瓦。该批项目均位于黑龙江省伊春市,运行期已超过15年,此次拟拆除210台单机容量850千瓦的老旧风电机组,利用原机位安装36台单机容量5兆瓦的风电机组。项目
4月17日,中核汇能周口中核绿色低碳储能产业园+百万千瓦风电一体化项目(以下简称“绿色储能+风电项目”)在河南省周口市第四届周商大会暨周商周才科技创新合作交流活动上正式签约。周口市委书记张建慧、市长吉建军、副市长梁建松,中国科学院大连化物所副所长李先锋,大连融科储能集团总经理王晓丽,
4月23日,太原重工公布2023年业绩,2023年风电设备营收5.14亿元,毛利率7.35%,销售风电机组29台。据了解,太原重工可设计制造1.5MW~10MW系列风电整机及核心零部件,1.5MW、2MW、2.5MW、3MW系列风电机组累计装机量850余台,5MW海上风电机组已经并网发电,10MW风电机组开发成功,可为用户提供EPC总承包
4月19日,禾望电气发布2023年全年业绩报告。公司实现营业收入37.52亿元,同比增长33.56%,归母净利润为5.02亿元,同比增长88.18%。禾望电气是一家专注于新能源和电气传动产品研发、生产、销售和服务的国家高新技术企业。主营产品有风力发电产品、光伏发电产品、储能产品、制氢电源产品、电能质量产品、
藏北高原,西藏那曲欧玛亭嘎100兆瓦风电项目全容量并网发电,每年可提供清洁电能约2亿千瓦时;天山北麓,新疆华电610万千瓦新能源基地开工,总占地面积约990平方千米,太阳能、光热、火电等多类型能源互补发电……今年以来,我国能源转型步伐加快。国家能源局22日发布的数据显示:截至3月底,全国累计
近日,重庆市人民政府办公厅发布《关于做好2024年市级重点项目实施有关工作的通知》。通知指出,2024年市级重点项目包括重点建设项目、重点前期规划研究项目,其中:重点建设项目1189个,总投资约2.9万亿元,年度计划投资约4500亿元;重点前期规划研究项目355个,总投资约1.5万亿元。其中,38个重点建
4月19日,国家能源局综合司发布关于公开征求《电力中长期交易基本规则—绿色电力交易专章》意见的通知。文件指出,绿色电力交易是指以绿色电力和对应绿色电力环境价值为标的物的电力交易品种,交易电力同时提供国家核发的可再生能源绿色电力证书(以下简称绿证),用以满足发电企业、售电公司、电力用
1.1.6GW海上风电项目指标,这家整机商拿下!近日,温州市2024年第一季度重大项目集中签约活动举行,苍南5号海上风电项目参与此次集中签约。该项目由远景能源投资建设,装机容量80万千瓦,项目预计总投资104亿元。目前,远景能源共签约浙江温州苍南3号海上风电场、苍南5号海上风电场,规模总计160万千瓦
近日,数据咨询机构Brinckmann公布2023年全球风电变流器市场份额企业排名,阳光电源以34%的市场份额位居全球第一。在此次公布的全球风电变流器市场份额企业排名中,阳光电源出货量占比呈领先优势。2023年,阳光电源风电变流器出货量同比增长40%,其中,海上风电变流器出货量4.6GW,同比增长190%,产品
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!