风力发电叶片 一文看懂风电叶片的发展现状

沃尔夫光缆:随着煤炭、石油、天然气等传统化石能源的逐渐枯竭，风能、太阳能等新能源的开发利用越来越受到人们的重视，已成为能源领域最有前景的项目之一，在国内外发展迅速。

中国风力发电的发展始于20世纪50年代，早期发展主要用于海岛和偏远地区的缺电，主要用于非并网小型风力发电机组的建设。20世纪70年代末，中国开始研究并网风力发电，主要是通过引进国外风力发电机来建设示范电场。1986年5月，第一个示范风电场马兰风电场在山东荣成建成。

在不断发展的过程中，从2014年开始，中国风电产业经历了早期示范阶段、产业化探索阶段、快速增长阶段、高速发展阶段、调整阶段和稳定增长阶段。经过前期的洗牌，中国风电行业的过热得到了一定程度的抑制，发展模式从强调规模和速度转变为强调效率和质量。2016年，我国风电新增装机容量占电力总装机容量的15.5%，累计装机容量占9.0%。近年来，风电新增装机比例保持在15%以上，累计装机比例稳步上升。发电方面，2016年全国风电发电量2410亿千瓦时，占总发电量的4.1%。发电量逐年增加，市场份额持续上升。风力发电已经成为中国仅次于燃煤发电和水力发电的第三大能源。

全球风力发电行业日益普及，竞争激烈

中国风力发电除了快速增长之外，在世界上也是炙手可热的。商业公司预测，未来几年，全球大型风力发电机市场将以每年20%的速度增长，中国的增速可能会更快。据统计，2006年至2010年，我国风电叶片需求量约为7000片，2011年至2020年，我国风电需求量预计达到5万片。巨大的市场前景使得目前风力发电机行业的竞争异常激烈。

虽然近十年来我国风电装机容量呈爆炸式增长，但风电在整个电力结构中的比重仍然很小，低于丹麦(37.6%)、美国(5.5%)、德国(14%)等国家，发展潜力很大。随着发展布局的不断优化、配套政策的有效实施和风电技术水平的显著提高。国外风力发电机设备市场集中度比较高。2015年欧洲市场装机容量增长14.37GW，维斯塔斯、西门子、Enercon、森威龙、诺德克斯占据前五位，前三位占62.7%，前五位占84.3%。目前新企业生存空不大。

在国内整机制造商中，新疆金风、浙江大云、大连重工集团、东方汽轮机厂等。市场前景广阔，占有很大的市场份额。在风电行业，叶片市场很大程度上决定了整机市场。目前仅丹麦LM Glasfiber就占据了40%以上的国际市场，其产品全部或部分被GE WIND、西门子(原丹麦BONUS)、SUZLON、Repower、Nordex等公司采用；此外，Vestas和Enercon也有自己的刀片生产部门。国内叶片制造商主要有AVIC宝鼎汇腾、连云港中富联众复合材料集团。

材料体系的发展和碳纤维时代值得期待

目前，全球风电企业处于高度竞争的发展过程中，国内开发商正在迎头赶上。与国外风电巨头相比，还有一定的距离。但是风电叶片影响整个风电行业的发展。在风电叶片中，材料体系和制造工艺决定了风电叶片的发展水平。

目前，随着风力发电机叶片的发展，复合材料得到广泛应用。目前，复合材料在风力发电中的应用主要是转子叶片、机舱罩和整流罩的制造。相对而言，短舱罩和整流罩的技术门槛较低，生产开发难度不大。风力发电机转子叶片是风力发电机的关键部件之一，其设计、材料和工艺决定了风力发电机的性能和功率。

在风力发电机崛起的100多年历史中，叶片材料经历了木质叶片、布皮叶片、铝合金叶片等。随着网络化风力发电机的出现，风力发电进入了高速发展时期。传统材料制成的叶片在日益大型化的风力发电机中使用时，有些性能已经不能满足目前叶片的发展要求，因此开发了高比强度的复合材料叶片。目前，几乎所有商用叶片都以复合材料为主，风电叶片已经成为复合材料的重要应用领域之一。

风力发电机叶片是由复合材料制成的薄壳结构，一般由根部、壳体和加强筋或横梁组成。复合材料在整个风力发电机叶片中的重量一般占90%以上。在复合材料叶片开发之初，采用的是廉价的玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂体系，至今仍是大多数叶片使用的材料。随着叶片长度和重量的不断增加，这种系统在某些场合已经不能满足要求，所以性能更好的增强材料碳纤维自然进入了人们的视野。

基于目前世界上碳纤维的价格高，有人认为在叶片生产中使用碳纤维太贵了，但事实上并不是这样。一方面，由于叶片长度的增加，其对刚度的要求也更加严格。在制造较大尺寸的叶片时，碳纤维的刚度约为玻璃纤维等其他材料的三倍，复合材料的刚度约为玻璃钢的两倍。从这个意义上说，碳纤维的引入是必要的，也是必要的。另一方面，随着叶片尺寸的增大，其质量也越来越庞大。高性能碳纤维的引入，可以在很大程度上减轻叶片的重量。随着叶片重量的减轻，转子叶片外壳、传动轴、平台和塔盖也可以减轻，可以整体降低风力发电机的成本，抵消或部分抵消引入碳纤维带来的成本增加。随着大型和超大型海上风力发电机的制造和运行，碳纤维在风力发电机叶片上大规模应用的时代已经不远了。

在叶片的制造过程中，传统的叶片生产一般采用开模工艺，尤其是手糊法，生产过程中会产生大量苯乙烯等挥发性有毒气体，给操作人员和环境带来危害；此外，随着叶片尺寸的增加，为了保证发电机的平稳运行和塔架的安全，需要保证叶片重量轻、质量分布均匀。这推动了叶片生产技术从开式模具向闭式模具的发展。采用闭式模具工艺，如流行的true 空树脂注射成型方法，不仅可以大大减少成型过程中苯乙烯的挥发，而且更容易准确控制树脂含量，从而保证复合材料叶片质量分布的均匀性，提高叶片的质量稳定性。

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