從真正實現規(guī)模化發(fā)展的2006年算起，中國風電行業(yè)已走過了十幾年的歷程，技術能力早已今非昔比。隨著風電行業(yè)的快速發(fā)展，風電葉片的變革趨勢也越來越明顯，用一個字來形容就是“大”。無論是陸上風電還是海上風電，葉片尺寸均呈現越來越大的趨勢。
在即將平價上網的大背景下，采用大兆瓦風機成為風電降本增效的最有效途徑，而如何實現風電高發(fā)電量、低成本和輕量化，成為業(yè)界關注的焦點問題。
業(yè)界人士普遍認為，如何匹配大容量風機的葉片，是行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。無論是風電葉片設計，還是生產制造，只有做到精細化才能降低風電成本。
葉片呈大型化輕量化趨勢
今年，中國海上風電市場新增了7.25MW、8MW及10MW機組，陸上風機最大容量將刷新至6MW。隨著風機容量增大，被譽為風機“靈魂”的葉片長度也隨之增長，目前世界最大的風機葉片已經刷新至107米。
國家發(fā)改委和國家能源局此前下發(fā)的《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃（2016-2030年）》（以下簡稱《計劃》）就提出，把高效葉片氣彈、輕量化結構、新材料相結合的一體化設計技術和100米及以上風電葉片列為未來風電技術創(chuàng)新重點突破目標；科技部今年發(fā)布的《2019年國家重點研發(fā)計劃重點專項項目申報指南》也提出，開展10MW級海上風電機組樣機研制與檢測試驗技術、新型輕量超長柔性葉片技術、超長葉片一體化設計技術等研究。由此可見，國家已把超長風電葉片列為風電技術創(chuàng)新重點研發(fā)的目標。
“機組大型化已成為風電行業(yè)發(fā)展趨勢，未來五年，陸上風機的風輪直徑將超過200米?！泵麝栔腔勰茉醇瘓F股份公司風能研究院副院長李軍向日前在“風電葉片大型化技術論壇”上預測，風電葉片大型化、輕量化、低成本是發(fā)展趨勢。
葉片大型化面臨諸多制約
“葉片終究是妥協(xié)的產物，妥協(xié)其實就是平衡?！崩钴娤蛘J為，葉片發(fā)展到今天，大型化方向已經明朗。葉片長度越來越長，對材料類型與性能、氣動與結構設計、制作工藝等要求更高，如何在葉片又大又輕中間找到平衡是關鍵?！霸诘统杀?、優(yōu)化設計（高效率）、降低制造難度的要求下，我們面臨著很多挑戰(zhàn)?！?
首先是風機葉片材料的約束。眾所周知，風輪直徑的大小，直接取決于葉片的長短，而葉片長度在一定程度上決定風電機組的發(fā)電水平及整機成本。目前，葉片成本約占風機價格總成本的20%左右，葉片材料占葉片成本80%，甚至85%以上。“低成本的材料意味著低性能，所以葉片材料可選余地非常有限，包括全玻纖碳?；熹?、碳?；炀嶱S/SS單面碳?；?、全碳纖主梁等，只能有限選擇再做靈活性運用。”李軍向坦言。
維斯塔斯風力有限公司技術專家孫樹偉也認為：“未來風電行業(yè)需要的葉片鋼度要大、強度要高、重量要輕。”他認為，像當年玻璃纖維代替金屬一樣，碳纖維葉片也將代替玻璃纖維葉片。相較于傳統(tǒng)的玻璃纖維葉片，碳纖維葉片的重量更輕，根據具體的設計翼型和長度，可降低葉片重量30%-50%。
但是，對國內大部分廠家而言，碳纖維仍是昂貴的材料?！澳壳埃絻r時代的最高性價比選擇仍以玻璃纖維為主。在葉片中注入碳纖維成本高，工藝難度較大，生產碳纖維葉片尚存在一定難度。不過，我們也在研究碳纖維葉片?！鄙虾０娠L電科技發(fā)展集團有限公司技術中心技術總監(jiān)助理劉華偉向記者坦言。
第二個挑戰(zhàn)是氣動和結構的矛盾。越來越長將使葉片變形及重量增加，導致氣動效率降低，從而影響發(fā)電量?！岸〉蔑L機高發(fā)電量、高效率，翼型將更薄、需要更高的升阻比。所以，葉片終究是一個妥協(xié)的產物。在葉片又大又輕、低成本、制造難度等各種因素之間找到平衡。”李軍向表示。
李軍向介紹，葉片大型化面臨的另一個突出問題是氣彈問題。葉片長度在40-60米時，氣彈問題并不突出，甚至感覺不到其存在。當葉片大型化以后，氣彈問題凸顯出來。從技術角度來看，氣彈問題有四方面影響因素：即剪切中心、質心、流體附著、掃略。國內對氣彈問題解決得并不好，很多時候直接略過去?！爸袊L電行業(yè)要進一步發(fā)展，還需要大力加強氣彈方面的研究?！?
精細化設計才能降成本
如何破解上述諸多挑戰(zhàn)，業(yè)界給出的答案是“精細化設計”。業(yè)內普遍認為，當前葉片發(fā)展進入了一個新常態(tài)，高性能低成本的材料應用越來越普遍。高性能低成本的材料、模塊化的結構形式、差異化的剛度設計，以及精細化的強度校核，將成為未來葉片發(fā)展趨勢。
“ 葉片是一個非常系統(tǒng)性的工程，從前期的設計到中間的生產制造，以及后期葉片運維，涉及方方面面。一定要做到精細化設計，只有這樣才可能在低成本的情況下，把葉片做到輕量化?！崩钴娤蛘f。
業(yè)內人士預測，我國未來風電葉片行業(yè)發(fā)展趨勢將由“群雄混戰(zhàn)”轉變?yōu)椤皫讖姞幇浴保~片競爭將向具備規(guī)模、技術、成本和效率的優(yōu)勢企業(yè)傾斜，我國風電葉片產業(yè)未來將經歷一場新的價值鏈重塑。
