基于對經(jīng)濟(jì)、政治、環(huán)保等因素的綜合考量，各國政府都已經(jīng)將風(fēng)能納入綜合能源解決方案，風(fēng)能產(chǎn)業(yè)得以迅猛發(fā)展。面對強(qiáng)有力的可持續(xù)發(fā)展勢頭，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片作為風(fēng)電設(shè)備最關(guān)鍵部件，所需材料、生產(chǎn)工藝越發(fā)受市場關(guān)注。

    當(dāng)今，多數(shù)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片均由多種復(fù)合材料制成，應(yīng)用在機(jī)艙罩，輪轂，塔架等關(guān)鍵部位，其良好的設(shè)計(jì)、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的決定因素。業(yè)內(nèi)專家表示，風(fēng)機(jī)葉片制造商需要全新的一體化復(fù)合材料設(shè)計(jì)解決方案，才能滿足不斷增長的市場需求，以更快的速度開發(fā)出價(jià)格更具競爭力的產(chǎn)品。

    葉片“大型化”考驗(yàn)企業(yè)實(shí)力

    雖然我國是風(fēng)資源大國，但是陸地上超過50%的風(fēng)資源都屬于“低風(fēng)速”資源，風(fēng)速在全年3/4以上的時(shí)間里保持在每秒5米~7米之間，無法達(dá)到每秒近10米的額定風(fēng)速。因此，要捕捉并充分利用低風(fēng)速資源、實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷發(fā)電，就必須提高風(fēng)電葉片的捕風(fēng)能力，研制功率大、葉片長的風(fēng)電葉片。

    風(fēng)機(jī)大型化趨勢的日益明確，使得大風(fēng)力葉片的生產(chǎn)能力成為衡量企業(yè)實(shí)力的標(biāo)準(zhǔn)。

    中國南車株洲研究所旗下時(shí)代新材公司自主設(shè)計(jì)的2兆瓦56.5米低風(fēng)速葉片，于2014年7月中旬通過靜力試驗(yàn)考核，并于7月底簽下首筆訂單。中材科技風(fēng)電葉片有限公司在2014年投資15億元，新上15套3兆瓦、6兆瓦的模具，年產(chǎn)大功率海上風(fēng)電葉片800套，并在2014年11月正式推出亞洲最長、世界第三長的風(fēng)機(jī)葉片sinoma77.7。新疆金風(fēng)科技股份有限公司與上緯精細(xì)化工有限公司成立合資工廠，生產(chǎn)葉片用樹脂材料，為大型葉片的研制打通上游產(chǎn)業(yè)鏈。首期項(xiàng)目于今年第二季度投產(chǎn)，可年產(chǎn)4萬噸樹脂，第二階段將再增加6萬噸的產(chǎn)能。

    江蘇恒神纖維材料有限公司副總裁易明表示，“葉片大型化”并不是意味著只追求體積大的葉片，而是要將長度的設(shè)計(jì)全方位結(jié)合機(jī)組性能、載荷、發(fā)電量、可靠性及噪音等因素進(jìn)行綜合考量。如海上的風(fēng)電機(jī)組，不僅要求葉片加輕量化，還要具備很強(qiáng)的抗臺(tái)風(fēng)能力。“葉片的研發(fā)思路需要通過整體優(yōu)化設(shè)計(jì)才能達(dá)到最優(yōu)的使用成本。”易明說道。

    碳纖維復(fù)合材料將擔(dān)重?fù)?dān)

    當(dāng)風(fēng)機(jī)葉片長度增加時(shí)，重量的增加快于能量的提取，因?yàn)橹亓康脑黾雍惋L(fēng)葉長度的立方成正比，而風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電能和風(fēng)葉長度的平方成正比。隨著葉片長度的增加，風(fēng)力發(fā)電裝置對增強(qiáng)材料的強(qiáng)度和剛度等性能提出了新的要求，玻璃纖維復(fù)合材料性能已經(jīng)趨于極限，因此，在發(fā)展更大功率風(fēng)力發(fā)電裝置和更長葉片時(shí)，尋求性能更好的復(fù)合材料勢在必行。

    易明認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)葉片大型化，大絲束碳纖維復(fù)合材料將挑重任，國外風(fēng)電市場已經(jīng)將大絲束碳纖維復(fù)合材料列為葉片首選材料。

    遠(yuǎn)景能源科技有限公司董事長張雷同樣看好大絲束碳纖維復(fù)合材料。他指出，為保證在極端風(fēng)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(qiáng)度與剛度要求，最有效的辦法是在主承力梁上利用碳纖維增強(qiáng)效果。

    張雷表示，從技術(shù)角度來講，當(dāng)風(fēng)力機(jī)超過3MW、葉片長度超過40米時(shí)，在葉片制造時(shí)采用碳纖維已成為必要的選擇。根據(jù)測算，葉片越長，使用碳纖維材料就越有優(yōu)勢，因?yàn)樘祭w維材料不但輕，而且強(qiáng)度很高，從而在使主梁重量有效降低的同時(shí)，還可以使葉片其他部分減重。換言之，更高的強(qiáng)度促使被減輕的重量在更長的葉片身上呈現(xiàn)幾何式增長，從而使更長的葉片在使用碳纖維材料時(shí)，綜合成本更低。

    技術(shù)整合解決方案引起重視

    然而目前，國內(nèi)碳纖維復(fù)合材料之所以在風(fēng)力葉片上的應(yīng)用遠(yuǎn)落后于世界進(jìn)程，主要原因是缺乏自主設(shè)計(jì)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。“國內(nèi)自主生產(chǎn)的碳纖維復(fù)材目前還達(dá)不到大功率風(fēng)電裝置的長久使用要求，原材料大量進(jìn)口的后果就是自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的喪失。盡管我們希望國內(nèi)碳纖維產(chǎn)業(yè)早日在風(fēng)電領(lǐng)域獲得一份認(rèn)可，但卻不希望因進(jìn)攻盡力而重復(fù)出現(xiàn)2010風(fēng)電大躍進(jìn)導(dǎo)致市場低迷的后果。這是一個(gè)長過程，企業(yè)需要付出，市場需要等待。”張雷無奈的表示。

    此外，在改善葉片質(zhì)量的同時(shí)，風(fēng)電裝備的其他零部件制造能力、傳動(dòng)及控制技術(shù)、運(yùn)維能力等也要考慮突破。以海上風(fēng)電市場為例，雖然市場十分廣闊，但是國內(nèi)外的風(fēng)電技術(shù)整合能力還沒有達(dá)到爐火純青的地步。海上風(fēng)電的最大挑戰(zhàn)是風(fēng)險(xiǎn)管理。以往各個(gè)廠商的競爭層面是在風(fēng)機(jī)報(bào)價(jià)上，不少風(fēng)電場投資商也愿意比較價(jià)格，但在張雷看來，企業(yè)應(yīng)該去關(guān)注怎樣提高發(fā)電效率，在價(jià)格差距不大的情況下，誰能把風(fēng)機(jī)的發(fā)電效率做到極致，誰才是最大贏家。