今年2月，长度达102米的10兆瓦-SR210型叶片，在江苏盐城基地实现发货交付，它既是世界上最长的10兆瓦风电叶片，又是国内首款百米级超长柔性碳纤维叶片。自此以后，多家整机制造企业陆续宣布百米级风电叶片下线。在业内人士看来，我国海上风机叶片“百米级时代”已到来。随着风机叶片不断刷新长度，风电市场也对叶片原材料提出了更高要求。

 

叶片大型化趋势明显

一直以来，大功率风机是风电降本的主要手段，随之而来的，则是叶片尺寸的不断增加。“叶轮直径越长，扫风面积越大，发电量越大”，这已是业界普遍达成的共识。

 

据行业研究数据，我国风机叶片大型化趋势已十分明显，新增风电机组平均风轮直径已由2008年的65米提升至2018年的120米。近两年，叶片长度的增长更是让风轮直径进一步增加。

 

今年2月，中国船舶集团宣布10兆瓦海上风机正式下线，配套叶片长度达102米，这也是我国首个长度超过100米的风机叶片。随后，9月，上海电气风电集团发布消息称，长达102米的海上风电叶片问市，今年11月，东方电气集团宣布自主研制、拥有完全自主知识产权的长达103米的叶片正式下线，再度刷新我国叶片纪录。

 

叶片长度的“成长空间”远不止于此。截至目前，明阳智慧、通用可再生能源、维斯塔斯等整机制造商也已陆续发布研发规划，宣布将推出更高单机功率和更大叶片尺寸的海上风机。根据明阳智慧发布的消息，该公司正在研发单机功率为1.6万千瓦的海上风机，预期叶片长度为118米。今年10月，国际整机巨头维斯塔斯宣布将推出单机功率为1.5万千瓦的海上风机，预计风机叶片长度能够达到115.5米。

 

叶片材料急需轻量化

 

有测算显示，叶片重量增加与叶片长度的立方成正比，叶片长度的快速提升就意味着叶片重量的快速增长。

 

多位业内人士在接受记者采访时表示，风机、叶片等设备尺寸的提升，实际上已经大幅提高了风电运输成本，尤其随着风电走向深海远海，叶片等大型零部件的运输更是一大难题。

 

记者了解到，风机叶片主要原材料包括树脂基、粘接剂、芯材以及增强材料等，而玻璃纤维是目前市面上主要的增强材料组成。在业内人士看来，传统的玻璃纤维材料亟需轻量化材料替代，而碳纤维是目前最具潜力的材料之一。

 

碳纤维是一种碳主链结构的高性能纤维材料，含碳量超90%，具有质量轻、高强度、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能，目前已被广泛应用于航空航天、基础设施、工业应用等多个领域。

 

“将碳纤维应用于叶片中，将能够有效减轻叶片质量，增加叶片强度，尤其在海上高盐高湿的环境下，叶片中碳纤维材料也能够提升耐腐蚀性能，更加适用于恶劣的气候条件。”一位叶片制造从业人士告诉记者。

 

碳纤维国产化进程加快

 

“百米以上的风机叶片不得不用到碳纤维，但实际上，受到全球新冠肺炎疫情影响，近期全球大宗商品不断涨价，这也包括了碳纤维。在过去的一年里，碳纤维价格涨幅已超过30%。”某风电从业人士指出。

 

市场研究机构民生证券发布的数据显示，目前风电风机材料成本占比在95%以上，其中叶片占风机材料成本20%左右。对于国家补贴即将退坡的海上风电行业来说，降本压力已蔓延至全产业链，碳纤维的经济性成为未来叶片发展的关键影响因素。

 

此前，有业内人士向记者透露，实际上，我国碳纤维市场供应仍较为依赖进口，除了碳纤维本身的性能外，影响碳纤维增强复合材料的性能还有胶和树脂的配方，并且涉及复杂的生产过程和固化工艺。“国际碳纤维生产厂家交付能力跟不上需求，而国产碳纤维则面临着大规模生产性能不稳定等难点，这一现状很可能对大尺寸叶片批量化生产带来挑战。但近年来，碳纤维国产化进程已逐步加快，现阶段国内碳纤维行业发展已十分迅速，与美日等国的差距也在不断缩小，商业化产品的整体性能预期将有所提升。”

 

上述风电从业人士则指出，风电叶片对碳纤维的应用需求将为国产碳纤维行业提供了良好的契机，如果国内碳纤维行业能够与风电行业形成良好的互动，将有助于推动碳纤维在风电行业的批量应用，形成良性循环。