風電葉片是風力發(fā)電機將風能轉(zhuǎn)化為機械能的重要部件之一,其設(shè)計、制造及運行狀態(tài)直接影響到整機的性能和發(fā)電效率,素有風力發(fā)電機“靈魂”之稱。風電葉片一直是個敏感行業(yè),產(chǎn)品價值在風機裝備中的比例高達20%以上,風電葉片的產(chǎn)業(yè)流程也從簡單的設(shè)計制造銷售進入到葉片的回收利用全壽命管理,風電整機企業(yè)也從整機設(shè)計進入到全部件設(shè)計+OEM階段,風電葉片產(chǎn)業(yè)的競爭也進入了全新的競爭格局。
葉片長度再創(chuàng)新紀錄123m:15年長度增長3倍
國資委網(wǎng)站消息,8月30日,全球長123米風電葉片,在連云港中復(fù)連眾復(fù)合材料集團有限公司下線,該葉片將適配16兆瓦海上風電機組。下線的葉片長度123米,按照3.3米的樓層高度測算,葉片豎起后有37層樓高,葉根直徑超過5米,表面積突破1000平方米。行業(yè)媒體信息顯示,9月27日,該葉片已經(jīng)運往鹽城大豐試驗場試裝,葉片的成品重量達到62噸。
15年前,也就是2007年,行業(yè)長葉片型號為40.5m,配套功率為1.5MW風機,重量6.3噸左右,我們可以簡單計算:葉片長度15年增加3倍,重量增加10倍,按照單位千瓦的材料用量同比計算,葉片單位千瓦的原材料用量質(zhì)量從2007年的42kg/kw(加權(quán)重量)下降到2022年的38.75kg/kw,下降幅度為8%。
風電技術(shù)進步15年降本66%以上:葉片居功至偉
2007年,如果按當期陸上風電的平均銷售價格統(tǒng)計,整機價格應(yīng)該在5000-5500元/kw左右,2022年,陸上風電整機的平均銷售價格1650-1750元/kw,價格整整下降66%以上。當年葉片7715型號葉片單套價格150萬元左右,2022年6MW平臺葉片的銷售價格不到300萬元,而其功率是當年的4倍以上,就部件而言,葉片的成本下降50%以上。
沒有葉片技術(shù)的進步,就沒有風機技術(shù)的創(chuàng)新。風電葉片的技術(shù)創(chuàng)新歷程,其實也是風電整機技術(shù)進步的核心,15年前,中國風電葉片的原材料,除了玻璃纖維外,從模具樹脂,表面膠衣,到葉片產(chǎn)品樹脂,膠黏劑,芯材,工藝輔材,清一色進口,再看今天,不僅全面國產(chǎn)化,價格也實現(xiàn)腰斬,為風機整機降本功不可沒。而且從設(shè)計到工藝全面實現(xiàn)自主創(chuàng)新,徹底擺脫了國外技術(shù)的限制,當然,早期MW級風電技術(shù)從現(xiàn)在看引進消化吸收再創(chuàng)新無疑是好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線。
葉片的新材料和新技術(shù)也與國際同步并更有競爭力,整體式防雷系統(tǒng),高比模量和高比強度的玻纖材料及碳纖維主梁使用,PET芯材替代,單一環(huán)氧樹脂到聚氨酯的拓展,再到高模玻纖的使用,無疑為大兆瓦葉片的誕生貢獻了新的力量,進一步降低度電成本。
葉片技術(shù)由引進到自主創(chuàng)新:中國風機葉片自己干
2007年的中國風電葉片,還是進口技術(shù)的天下。
幾乎全行業(yè),2007年都是葉片技術(shù)引進和生產(chǎn)許可證制度,當然這是兆瓦級葉片,當年早的葉片龍頭保定惠德今日已經(jīng)不在,可見行業(yè)的競爭多么激烈。15年來,葉片企業(yè)逐步進入穩(wěn)定階段,中材科技,時代新材,中復(fù)連眾,雙瑞,TPI,艾朗等專業(yè)葉片龍頭企業(yè)市場占有率一直位居市場行業(yè)前列,東方電氣,明陽智能,三一重能等整機企業(yè)也堅持把葉片作為核心價值鏈把握在自己手中。
葉片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展因為風機整機技術(shù)的重要性成為行業(yè)企業(yè)研發(fā)重點,過去幾年,葉片專業(yè)企業(yè)也開始高度融合進入整機行業(yè)。由于整機產(chǎn)品技術(shù)的差異性競爭,葉片的研發(fā)也成為了各家整機企業(yè)的技術(shù)KNOWHOW,葉片產(chǎn)品的設(shè)計逐步從葉片企業(yè)轉(zhuǎn)移到了整機企業(yè)。到今天2022年,12家國產(chǎn)整機企業(yè),100%的葉片都實現(xiàn)了自主設(shè)計,明陽等4家自主生產(chǎn),其余都是OEM生產(chǎn),一方面可以更好與自己的整機性能匹配,更多的是能表現(xiàn)出風機的性能獨立性。而這個自主設(shè)計都是從葉片的氣動結(jié)構(gòu)、材料、工藝及強度等設(shè)計全部國產(chǎn)化,妥妥的全國產(chǎn),不再受制于國外的技術(shù)。
正是葉片技術(shù)的進步,2021年以來,中國陸上還是海上風機的成本價格呈跳崖式下降,行業(yè)的競爭也進入高度市場化階段,葉片行業(yè)的競爭更是白熱化,而這個白熱化更是助力葉片長度呈現(xiàn)跳躍式發(fā)展。
100m級葉片技術(shù):中國風電后來者居上
100m以上的葉片,2019年已經(jīng)面世。
100M級葉片早期國外龍頭走在前面。了解葉片行業(yè)的可能清楚,2018年初,世界上大的風力渦輪機葉片——LM 88.4 P在丹麥一家工廠下線,葉片長度為88.4米。
2019年,世界上支超過100米的風機葉片下線,LM風電公司的法國瑟堡的工廠為GE s Haliade-X12兆瓦海上風電機組生產(chǎn)了107米長葉片。目前中國的福建福清海上風電產(chǎn)業(yè)園已經(jīng)實現(xiàn)了批量交付。
而在同期的6月27日,東方電氣風電有限公司10MW功率等級B900A型葉片在天津葉片公司下線,該葉片長90米。但在2020年以來,中國風電葉片的技術(shù)進步隨著平價的到來和挑戰(zhàn),100m級的葉片實現(xiàn)了突飛猛進。
葉片技術(shù)由引進到自主創(chuàng)新:中國風機葉片自己干
100m以上的海上風電葉片,在中國風電行業(yè)已是隨處可見。
中復(fù)連眾,作為國內(nèi)的龍頭葉片企業(yè)之一,在過去不到一年時間內(nèi),下線的第四款長度超過百米的葉片已下線102米、110米、112米、123米等長度的超百米葉片。
9月1日:上海電氣自主研發(fā)的百米以上級海上風電葉片S102在連云港中復(fù)連眾順利下線,這也是電氣風電正式進入海上風電的首款百米級葉片。需要說明的是,這款葉片是上海電氣首款采用碳纖維主梁、葉根預(yù)制和后緣輔梁預(yù)制等全新界面融合技術(shù)。
9月:時代新材“海風1號”大型風電葉片項目首支產(chǎn)品在江蘇射陽工廠順利下線,這是射陽工廠2019年建廠以來生產(chǎn)的大葉型,是公司首次突破百米級重大海上項目,也是中國中車走向海上的首款百米級葉片。
特別指出,該葉片是中國中車自行首款定制化海上風機葉片,葉片長達110米。葉片首次采用碳纖拉擠板材與玻纖拉擠板材組合型式結(jié)構(gòu),可滿足低風速海上區(qū)域、額定功率10兆瓦風力發(fā)電機組平價上網(wǎng)需求。
實際上,今年上半年,葉片行業(yè)的技術(shù)進步與創(chuàng)新頻頻亮相。
6:月:中國船舶洛陽雙瑞風電葉片研發(fā)制造的SR220葉片日前在濱州分公司順利下線,這也是中國海裝海上風電國內(nèi)實現(xiàn)量產(chǎn)裝機的長海上風電葉片。作為雙瑞風電去年推出的國內(nèi)首款百米級葉片SR220葉片從今年6月中旬在鹽城基地完成首套交付,到7月在濱州分公司完成首支下線,實現(xiàn)了從小規(guī)模試產(chǎn)、迅速孵化復(fù)制,到大規(guī)模量產(chǎn)提效保交付的重大突破。
其實上海電氣和中復(fù)連眾打造的102米葉片并非我國首支長葉片,而中國船舶集團洛陽雙瑞風電葉片有限公司的10MW-SR210型葉片也是102米長,6.6米寬。
2月8日:中國船舶雙瑞風電10MW-SR210型葉片在江蘇鹽城基地順利下線,葉片長度102米,以10MW-102m葉片創(chuàng)造了中國當年的100米級葉片中國記錄。近日在江蘇鹽城基地實現(xiàn)發(fā)貨交付,用“洛陽創(chuàng)新”助力我國海上風電邁入“百米級葉片時代”。(這也是一款百米級超長柔性碳纖維葉片)。
8月10日:東方風電自主研制、擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的B1000A型海上風電葉片在山東葉片制造基地順利下線,配套7-8兆瓦等級海上風電機組,單支葉片長度100米,此前,東方電氣已經(jīng)下線了兩款B1030A、B1085A型100m以上的葉片。
葉片長度還在繼續(xù):中國海裝的126葉片即將面世
根據(jù)公開媒體信息,中國海裝H256-16.7MW機組將于2022年下半年下線,風輪直徑256米,搭載全球長126米葉片,額定功率324.6W/㎡,采用新全集成中速永磁技術(shù),同時通過穩(wěn)定性控制與載荷優(yōu)化及整機、塔筒、基礎(chǔ)一體化實現(xiàn)機組性能。值得一提的是,16MW級海上風電機組系統(tǒng)設(shè)計、工藝技術(shù)、制造集成、試驗方案均由海裝自主完成,可實現(xiàn)自主可控。
陸上風電100m葉片也將面世:200m以上葉輪已成大勢
100m級以上的葉片對海上風電是剛需,而陸上風電的100m級葉片也是潮流。
5月5日,三一重能首支FB99067型風電葉片在湖南韶山葉片廠正式下線。該葉片長99米,是目前國內(nèi)已下線的長的陸上風電葉片。該葉片采用拉擠板材預(yù)制主梁,葉根預(yù)制、UD預(yù)制,模塊化的制造技術(shù),生產(chǎn)效率進一步提升。
實際上,2022年以來,陸上風電的容量已經(jīng)突破了7MW,從行業(yè)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看,頭部陸上風電企業(yè)的機型葉輪直徑基本都已突破了200m,包括上海電氣,運達股份,明陽智能,三一重能,金風科技等,而且部分廠家的機型已經(jīng)獲取訂單,并將實現(xiàn)交付,陸上風電200m以上葉輪直徑成為大勢。
葉片是風電整機的核心部件,也是風機的發(fā)動機,在中國復(fù)雜的風況條件下以及低電價的市場競爭形勢下,在低成本的同時,保證葉片的可靠性和質(zhì)量顯得尤為重要。歷史上因為葉片可靠性及質(zhì)量問題導(dǎo)致企業(yè)倒閉也是有案例可循,因為葉片設(shè)計質(zhì)量和制造質(zhì)量導(dǎo)致企業(yè)蒙受巨大經(jīng)濟損失的案例更是屢見不鮮,而更大型的葉片,其可靠性問題導(dǎo)致的質(zhì)量成本將是災(zāi)難性的,因為一臺風機因為葉片問題導(dǎo)致倒塔或停機,其經(jīng)濟損失對于一般的整機企業(yè)而言將是致命的。
葉片技術(shù)是風機產(chǎn)品的核心技術(shù):創(chuàng)新需嚴謹
2022年是全面平價的年,也是風電面臨巨大挑戰(zhàn)的年,資源減少,開發(fā)建設(shè)環(huán)境苛刻,電價競爭激烈,投資要求提升,要保證低價高性能的風機,需要風電人更多的忍耐,要想走得遠,就得做得精,行業(yè)要發(fā)展,創(chuàng)新要謹慎。