一文看懂風電葉片的發展現狀

隨著煤、石油、天然氣等傳統化石能源的逐漸耗盡，風能、太陽能等新型能源的開發利用也越來越得到人們的重視，已成為能源領域最具商業推廣前景的項目之一，目前在國內外發展迅速。

我國的風電發展開始於20世紀50年代，早期的發展主要用于海島和偏遠地區的電力空缺問題，主要是非併網小型風電機組的建設。70年代末期，我國開始研究併網風電，主要通過引入國外風電機組建設示範電場，1986年5月，首個示範性風電場馬蘭風力發電場在山東榮成建成併網發電。

在不斷的發展過程中，我國的風電行業從1986年開始，經歷了早期示範階段，產業化探索階段、快速成長階段、高速發展階段、調整階段和從2014年開始的穩步增長階段。經過前期的洗牌，我國風電產業過熱的現象得到一定的遏制，發展模式從重規模、重速度到重效益、重質量。2016年我國風電新增裝機容量佔全部電力新增裝機容量的比例為15.5%，累計裝機容量佔比9.0%。風電新增裝機容量佔比近幾年均維持15%以上，累計裝機容量佔比則呈現穩步提升的態勢。發電量上，2016年全國風電發電量2,410億千瓦時，佔全部發電量的4.1%，發電量逐年增加，市場份額不斷提升，風電已成為繼煤電、水電之後我國第三大電源。

全球風電行業熱度大增，競爭激烈

風力發電除了在我國得到快速增長，在世界範圍內的發展熱度同樣火熱。商業公司預測，今後的若干年內，世界大型風力機市場將以每年20%的速度增長，中國的增長速度可能會更快。根據統計，2006年~2010年間，我國的風電葉片需求大約為7000片，2011年到2020年，我國的風電需求預計將達到50000片，巨大的市場前景使得目前風機行業的競爭空前激烈。

儘管過去的十多年時間裡，我國風電裝機量呈爆髮式增長，但風電在整個電力結構中的佔比仍然偏小，低于丹麥（37.6%）、美國（5.5%）、德國（14%）等國家，發展潛力巨大。隨著開發布局的不斷優化，配套政策的有效執行，以及風電技術水平的顯著提升。國外風電整機設備市場的集中度較高，2015年歐洲市場新增裝機容量14.37GW，維斯塔斯（Vestas）、西門子（Siemens）、Enercon、Senvion、恩德（Nordex）佔據前五位，其中前三名份額達到62.7%，前五名份額達到84.3%。目前新進入企業的生存空間不大。

國內的整機生產企業中，新疆金風、浙江運達、大連重工集團、東方汽輪機廠等幾家的市場前景被業界看好，佔據了市場較多的份額。而在風電行業中，葉片市場的情況很大程度上決定著整機市場的情況。目前單是丹麥LM Glasfiber公司一家就佔據了國際市場40%以上的份額，其產品被GE WIND、西門子（原丹麥BONUS）、SUZLON、Repower、Nordex等公司全部或部分採用；另外Vestas和Enercon公司也擁有各自的葉片生產部門。國內的葉片生產企業主要有中航保定惠騰、連雲港中復連眾複合材料集團等。

材料體系的發展，碳纖維時代值得期待

目前全球的風力發電企業處於一個競爭激烈的發展過程，國內的發展商你追我趕，與國外的風電巨頭企業相比較起來，目前還有一定的距離。而風電葉片影響著整個風電行業的發展，在風電葉片中，材料體系和製造工藝決定著風電葉片的發展水平。

現階段風電葉片的發展，複合材料被用到的是最廣泛的。目前複合材料在風力發電中的應用主要是轉子葉片、機艙罩和整流罩的製造。相對而言，機艙罩和整流罩的技術門檻較低，生產開發的難度不大。而風力發電機轉子葉片則是風力發電機組的關鍵部件之一，其設計、材料和工藝決定風力發電裝置的性能和功率。

在風力發電機興起100多年的歷史裡，葉片材料經歷了木製葉片、布蒙皮葉片、鋁合金葉片等。隨著聯網型風力發電機的出現，風力發電進入高速發展時期，傳統材料的葉片在日益大型化的風力發電機上使用時某些性能已達不到當下葉片的發展要求，於是具有高比強度的複合材料葉片發展起來。現在，幾乎所有的商業級葉片均採用複合材料為主體製造，風電葉片已成為複合材料的重要應用領域之一。

風力發電機葉片是一個複合材料製成的薄殼結構，一般由根部、外殼和加強筋或梁三部分組成，複合材料在整個風電葉片中的重量一般佔到90%以上。複合材料葉片發展之初採用的是廉價的玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂體系，直到今天這仍是大部分葉片採用的材料。隨著葉片長度的不斷增大，自身重量也不斷增加，這種體系在某些場合已不能滿足要求，於是很自然地，性能更優異的增強材料—碳纖維走進了人們的視野。

基於目前國際上碳纖維價格居高不下，有些人認為在葉片生產中採用碳纖維太過昂貴，不應採用，實際上並非如此，一方面由於葉片長度的增加，其對剛度的要求也更加嚴格，在更大尺寸葉片的製造上，碳纖維的剛度大約是其他材料，如玻纖的3倍，製成的複合材料剛度約是玻璃鋼的兩倍，從這個意義上說碳纖維的引入是必要也是必須的；另一方面，由於葉片尺寸的加大，其質量也越來越巨大，高性能碳纖維的引入可以在很大程度上實現葉片的減重，而隨著葉片重量的減輕，旋翼葉殼、傳動軸、平台及塔罩等也可以輕量化，從而可整體降低風力發電機組的成本，抵消或部分抵消碳纖維引入帶來的成本增加。隨著大型、超大型海上風力發電機的製造和陸續投入運行，碳纖維在風電葉片上大規模應用的時代已為時不遠。

在葉片的製造工藝上，傳統的葉片生產一般採用開模工藝，尤其是手糊方式較多，生產過程中會有大量苯乙烯等揮發性有毒氣體產生，給操作者和環境帶來危害；另外，隨著葉片尺寸的增加，為保證發電機運行平穩和塔架安全，這就必須保證葉片輕且質量分布均勻。這就促使葉片生產工藝由開模向閉模發展。採用閉模工藝，如現在熱門的真空樹脂導入模塑法，不但可大幅度降低成型過程中苯乙烯的揮發，而且更容易精確控制樹脂含量，從而保證複合材料葉片質量分布的均勻性，並可提高葉片的質量穩定性。

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