风机越做越大 但配套的叶片正面临大型化难题

今年，中国海上风电市场新增了7.25MW、8MW及10MW机组，陆上风机最大容量将刷新至5MW。随着风机容量扩大，搭载的叶片长度随之增长。

在2019北京国际风能大会暨展览会（下称风能展）的风电叶片大型化技术论坛上，明阳智慧能源集团股份公司（下称明阳智能，601615.SH）风能研究院副院长李军向表示，机组大型化已成为风电行业发展趋势，未来五年，陆上风机的风轮直径将超过200米。

风轮直径的大小，则直接取决于叶片的长短。作为风能的输入端，叶片是风机的关键核心部件，关系着捕捉风能的多少。

叶片长度还在一定程度上决定风电机组的发电水平及整机成本。目前，叶片成本约占风机价格总成本的20%左右。

在该技术论坛上，多位专家均表示，为匹配大容量风机，叶片制造的一大挑战是，需同时具备大型化与轻量化两个特点。

越来越长的叶片将使叶片增厚及重量增加，导致气动效率降低，从而影响发电效率。

叶片重量下降，则可减少机组塔架、轴承等其它部件的载荷，还可降低风电机组运输、安装、维护成本。

维斯塔斯风力有限公司技术专家孙树伟提出，未来的叶片只有兼具钢度大、强度高、重量轻的特点，才能够实现大规模批量化应用。

中国8MW及10MW大容量海上风机分别于8月和9月下线，并将逐步实现商业运行，大叶片的需求也随之增高。

9月，科技部发布2019年国家重点研发计划重点专项项目申报指南的相关通知，除提出开展10MW级海上风电机组样机研制与检测试验技术外，还提出开展新型轻量超长柔性叶片等关键部件的设计研发。

中国船舶重工集团海装股份有限公司（下称中国海装）仿真及前言技术研究所文茂诗表示，中国海装的海上5MW平台产品，叶轮直径从128米升级至171米，实现了40%发电量的提升。

然而，大叶片面临大型化与轻量化平衡的设计矛盾。相同的设计方法，随着叶片长度的增加，重量必然上升。

对此，孙树伟表示，相较于传统的玻璃纤维叶片，碳纤维叶片的重量更轻，根据具体的设计翼型和长度，可降低叶片重量30%-50%。2018年，维斯塔斯使用碳纤维超过2万吨，成为全球最大的碳纤维使用者。

但据界面新闻记者了解，对于国内大部分厂家而言，碳纤维仍是昂贵的材料。目前，玻璃纤维仍是中国厂家在平价时代的最高性价比选择。

据东方电气风电有限公司（下称东方电气，600875.SH）叶片技术产品经理李松林介绍，玻璃纤维比碳纤维约重35%，但成本低30%。

李松林表示，面对碳纤维和玻纤材料两难的选择时，可考虑性能和载荷的平衡。

目前，全球最大叶片为LM风电集团（下称LM）生产的107米叶片，这款叶片安装在目前全球最大容量GEHalide-X12MW海上风机上。LM是全球最大的独立叶片制造商。

LM叶片制品公司高级执行官、前端工程师本杰明·亨德里克斯表示，大型风机叶片一定要有足够的耐受性。

界面新闻记者从LM的工作人员处获悉，考虑到成本因素，公司为GE提供的107米长度叶片使用了碳纤维，但用量较少。

该人士称，目前市场上尚未有全叶片使用纯碳纤维的产品，均为复合使用。

据东方电气一不愿具名的工作人员介绍，东方电气此前下线的10MW海上风机，匹配了90米长度叶片，该叶片主梁为纯碳一体灌注。

据界面新闻记者了解，金风科技的6.45MW海上风机叶片，也使用了碳纤维。

上述东方电气工作人员表示，在叶片中注入碳纤维成本高，工艺难度较大，目前国内很多厂家生产碳纤维叶片尚存在一定难度。

在文茂诗看来，大型化风机发展过快，导致全产业链技术欠成熟，带来技术风险增大，成本增加。

他认为，海上风机与叶片的大型化，需结合总体收益率综合考虑。

据文茂诗测算，同时考虑叶片大型化与收益率，在目前的技术状态下，7MW-8MW海上风机能达到最优收益率区域，可成为竞价时代的重要筹码。

文茂诗进一步解释称，目前10MW海上风机的成本必然偏高，但考虑未来技术的发展预期以及产业链进步，10MW机组及长叶片在经济性上的优势将被展现。（记者|席菁华）