風電葉片是風力發電機將風能轉化為機械能的重要部件之一,其設計、制造及運行狀態直接影響到整機的性能和發電效率,素有風力發電機“靈魂”之稱。
一直以來,風電葉片都是一個敏感行業,其產品價值在風機裝備中的比例高達20%以上。如今,風電葉片的產業流程已從簡單的設計制造銷售進入到回收利用全壽命管理,風電整機企業也從整機設計進入到全部件設計+OEM階段,在此新的行業背景下,風電葉片的技術創新競爭已進入白熱化。
葉片長度再創新紀錄123m 15年長度增長3倍
2022年8月,全球最長123米風電葉片,在連云港中復連眾復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。行業媒體信息顯示,9月27日,該葉片已經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,行業最長葉片型號為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量從2007年的42kg/kw(加權重量)下降到2022年的38.75kg/kw,下降幅度為8%。
風電技術進步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計,整機價格應該在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。
沒有葉片技術的進步,就沒有風機技術的創新。風電葉片的技術創新歷程,其實也是風電整機技術進步的核心,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,不僅全面國產化,價格也實現腰斬,為風機整機降本功不可沒。而且從設計到工藝全面實現自主創新,徹底擺脫了國外技術的限制,當然,早期MW級風電技術從現在看引進消化吸收再創新無疑是最好的產業發展路線。
葉片的新材料和新技術也與國際同步并更有競爭力,整體式防雷系統,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。
葉片技術由引進到自主創新 中國風機葉片自己干
2007年的中國風電葉片,還是進口技術的天下。
幾乎全行業,2007年都是葉片技術引進和生產許可證制度,當然這是兆瓦級葉片,當年最早的葉片龍頭保定惠德今日已經不在,可見行業的競爭多么激烈。15年來,葉片企業逐步進入穩定階段,中材科技,時代新材,中復連眾,雙瑞,TPI,艾朗等專業葉片龍頭企業市場占有率一直位居市場行業前列,東方電氣,明陽智能,三一重能等整機企業也堅持把葉片作為核心價值鏈把握在自己手中。
葉片產業的發展因為風機整機技術的重要性成為行業企業研發重點,過去幾年,葉片專業企業也開始高度融合進入整機行業。由于整機產品技術的差異性競爭,葉片的研發也成為了各家整機企業的技術KNOWHOW,葉片產品的設計逐步從葉片企業轉移到了整機企業。到今天2022年,12家國產整機企業,100%的葉片都實現了自主設計,明陽等4家自主生產,其余都是OEM生產,一方面可以更好與自己的整機性能匹配,更多的是能表現出風機的性能獨立性。而這個自主設計都是從葉片的氣動結構、材料、工藝及強度等設計全部國產化,妥妥的全國產,不再受制于國外的技術。
正是葉片技術的進步,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,行業的競爭也進入高度市場化階段,葉片行業的競爭更是白熱化,而這個白熱化更是助力葉片長度呈現跳躍式發展。
100m級葉片技術 中國風電后來者居上
100m以上的葉片,2019年已經面世。
100M級葉片早期國外龍頭走在前面。了解葉片行業的可能清楚,2018年初,世界上最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,世界上第一支超過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了107米長葉片。目前中國的福建福清海上風電產業園已經實現了批量交付
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進步隨著平價的到來和挑戰,100m級的葉片實現了突飛猛進。
葉片技術由引進到自主創新 中國風機葉片自己干
100m以上的海上風電葉片,在中國風電行業已是隨處可見。
中復連眾,作為國內的龍頭葉片企業之一,在過去不到一年時間內,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:上海電氣自主研發的百米以上級海上風電葉片S102在連云港中復連眾順利下線,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、葉根預制和后緣輔梁預制等全新界面融合技術。
9月:時代新材“海風1號”大型風電葉片項目首支產品在江蘇射陽工廠順利下線,這是射陽工廠2019年建廠以來生產的最大葉型,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構,可滿足低風速海上區域、額定功率10兆瓦風力發電機組平價上網需求。
實際上,今年上半年,葉片行業的技術進步與創新頻頻亮相。
6月:中國船舶洛陽雙瑞風電葉片研發制造的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實現量產裝機的最長海上風電葉片。作為雙瑞風電去年推出的國內首款百米級葉片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,實現了從小規模試產、迅速孵化復制,到大規模量產提效保交付的重大突破。
其實上海電氣和中復連眾打造的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發貨交付,用“洛陽創新”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權的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,東方電氣已經下線了兩款B1030A、B1085A型100m以上的葉片。
葉片長度還在繼續:中國海裝的126葉片即將面世
根據公開媒體信息,中國海裝H256-16.7MW機組將于2022年下半年下線,風輪直徑256米,搭載全球最長126米葉片,額定功率324.6W/㎡,采用最新全集成中速永磁技術,同時通過穩定性控制與載荷優化及整機、塔筒、基礎一體化實現機組性能最佳。值得一提的是,16MW級海上風電機組系統設計、工藝技術、制造集成、試驗方案均由海裝自主完成,可實現自主可控。
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,是目前國內已下線的最長的陸上風電葉片。該葉片采用拉擠板材預制主梁,葉根預制、UD預制,模塊化的制造技術,生產效率進一步提升。
實際上,2022年以來,陸上風電的容量已經突破了7MW,從行業統計的數據來看,頭部陸上風電企業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獲取訂單,并將實現交付,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,也是風機的發動機,在中國復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量顯得尤為重要。歷史上因為葉片可靠性及質量問題導致企業倒閉也是有案例可循,因為葉片設計質量和制造質量導致企業蒙受巨大經濟損失的案例更是屢見不鮮,而更大型的葉片,其可靠性問題導致的質量成本將是災難性的,因為一臺風機因為葉片問題導致倒塔或停機,其經濟損失對于一般的整機企業而言將是致命的。
葉片技術是風機產品的核心技術 創新需嚴謹
2022年是全面平價的第一年,也是風電面臨巨大挑戰的第一年,資源減少,開發建設環境苛刻,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,行業要發展,創新要謹慎。