国产碳纤维叶片时代将至?


  2014年开春,75米叶片在中复连众低调下线。在我国风电前两年发展不畅,且海上风电开发还未取得突破性进展的背景下,这样的动作不禁令人唏嘘:一是我国海上风电是否将有新的突破;二是本已保持着本土厂商叶片产品长度记录的中复连众又推出更长的产品,目的何在?
  中复连众总经理乔光辉在谈到这两个问题时,向记者表达的更像是一种决心:
  “中复连众作为风电行业坚定的参与者,相信行业即便暂时碰到点困难,也无法掩盖风电这种可再生能源的发展前景。”乔光辉说,“另外,去年的一些信号说明海上风电的发展尽管步伐还不确定,但有加快的可能,因此有必要推出这个产品。”
  姑且抛去该叶片下线的结果不谈,只从该叶片较长的研发进程上看,其诞生很符合中复连众历年的产品研发规律,有很强的合理性。
  在2010年推出62米5兆瓦叶片后,中复连众根据客户需求,通过结构的重新设计,将其升级为6兆瓦机组配套产品,但其技术经济特性“不见得是最理想的”。因此,该公司早就开始了更长叶片的开发。
  另外,开发75米叶片也与相关整机商的产品步伐有关。该叶片的开发正是某海上风电场开发项目的一部分,且早已确定了目标用户。“中复连众也有竞争对手,甚至包括外企,用哪家的叶片还需要通过检测确定。”乔光辉说。
  乔光辉所提到的项目位于上海,已经确定的整机商正是中复连众的传统合作伙伴,与中复连众曾相互成全为各自领域的佼佼者。但与此同时,该项目中开发商也非常关注机组的选型,甚至对零部件企业也有要求。
  中复连众对这款75米叶片的设计,可以追溯到2011年,但因为整机商最终选择了改款的62米叶片进行配套,使其研发工作有所推后。“另外国内的海上风电项目也一直在延期,没有什么大的突破,致使叶片开发进度拉长。”中复连众副总经理刘卫生解释。
  在75米叶片的研发过程中,中复连众于2007年在德国设立的SINOI公司因具有较强的科研能力,对这项工作给予了一定支持。但在具体的设计上,则主要是与另一家德国设计公司合作完成。中复连众在其中所参与的内容,主要体现在结构设计、材料测试、选型、工艺设计、模具设计和制造等方面。
  重点参与结构设计,对中复连众来说有一定基础。早在研制62米叶片时,该公司就采用了类似的手法,既规避了数千万的投资风险,又保证了公司内部具有结构设计调整能力,为后续产品推出打下基础。例如,其为湘电风能所配套的62米叶片,就与为华锐配套的62米叶片在结构设计和连接方式上有一定的差别。
  刘卫生介绍,国外设计公司的设计一般比较保守。这也正好符合中复连众更加关注产品质量的理念。虽然重量不太轻,但可以获得更多的发电量和更高的可靠性。
  除了长度外,75米叶片所使用的材料在国内也属于一次突破性的尝试。事实上,中复连众此番推出的75米叶片,并非只是采用玻璃纤维材料的产品,同时还有一款碳纤维的设计。这样做的目的,是对两者进行一系列的对比试验。这些对比主要体现在材料、制造工艺、重量、成本以及性能等方面。
  在该款叶片的研制过程中,材料厂商的参与和材料来源极为重要。
  据了解,中复集团内部不但有中复连众这样的玻璃纤维产品生产企业,也拥有碳纤维产品制造企业,同时,中复连众也在制造碳纤维复合芯导线,对于碳纤维产品的研发具有先天优势。因此,出于对未来大批量产品成本的考虑,中复连众在对75米碳纤维叶片进行选材的过程中,对数家材料厂商的产品进行了对比检测与评价,意图在进口与国产材料中进行最优化的选择。
  最终,处于保守起见,中复连众选择了以进口为主、国产为辅的配料方案,将国产材料与进口材料配合使用。
  “大量测试的结果表明,国产材料没问题,目前主要考察稳定性。国产材料来自于集团内部,风电行业如果用了,使用量将比较大。”刘卫生说。
  同时,制造工艺的突破也使得碳纤维叶片与玻璃纤维叶片在诸多方面更加接近。
  资料显示,目前所出现的碳纤维叶片,主要以在主梁上使用碳纤维为主。据中复连众连云港叶片厂长任根群介绍,风电叶片主梁的作用主要是增加强度和刚度,相当于船的龙骨,人的脊柱。无论叶片长短,主梁至关重要。而在大叶片上使用碳纤维主梁的想法,中复连众的管理层很早之前就有所考虑。
  “在2011年我们就想在62米叶片上使用碳纤维主梁,制造工艺为预浸料技术。”刘卫生谈到。
  但由于多种原因,预浸料工艺最终未能在62米和75米叶片中使用。而在75米碳纤维叶片的主梁上,中复连众采用的是另一种碳纤维制造工艺——真空灌注。
  “碳纤叶片的真空灌注工艺与玻纤叶片的工艺非常接近,等于避开了预浸料环节。这主要得益于选择了一种合适的树脂体系,但它与做玻纤叶片的树脂还是略有差别,需要更长的灌注时间和更小的粘度,应该说75米碳纤维叶片是由于工艺的突破而获得技术上的进步。用真空灌注工艺做成碳纤维主梁,中复连众在国内应该说是第一家。”刘卫生说。
  然而,以真空灌注工艺生产出的碳纤维主梁,在拉伸性能、弯曲模量方面与使用预浸料工艺的产品相比还有差距,因此为了保证性能而使用了更多的材料。这一点被直接反应在主梁的重量上:一支75米叶片所需的两根碳纤维主梁,采用真空灌注工艺的重量比采用预浸料工艺的重约700公斤。
  虽然未使用预浸料工艺,但即使用了真空灌注工艺制造碳纤维主梁,其投入也是巨大的。据测算,一只接近2吨的主梁,其材料成本即达到40万左右。而且由于制造主梁的碳纤维织物不能重复利用,在进行研制的过程中有废弃的可能。同时,由于采用真空灌注的模具成本也比较高,从而产生了一定的投资风险。

推荐访问:碳纤维 叶片 将至 时代