風電葉片大梁主要采用的三種制造工藝生產(chǎn): 真空袋壓成型,真空導入,與拉擠成型。
從前主要靠工藝1、2,效率低、成本高。按這樣的材料與工藝,只有 40 米以上的風電葉片(即風輪直徑 80 米,功率 1.8 兆瓦以上)使用碳纖維替代玻璃纖維才可能被用戶接受。而只有工藝3—拉擠工藝,才讓碳纖維梁在風電領域的應用前景廣闊。
通過創(chuàng)新設計將主梁承力結(jié)構(gòu)分拆為可裝配的拉擠梁片標準件。該公司是全球的風電設備制造巨頭,在大梁結(jié)構(gòu)上采用了革命性的創(chuàng)新設計:把整體化成型的主梁主體受力部分拆分為高效低成本高質(zhì)量的拉擠梁片標準件。然后把這些標準件一次組裝整體成型。
高效、低成本、高質(zhì)量的碳纖維梁片拉擠工藝,使得碳纖維使用成本大幅降低。這種用新設計和新工藝制造的碳纖維主梁,完成技術攻關后,碳纖維在風電領域的使用量進入快速增長。以中國為例:2014 年風電領域的碳纖維用量還是 0,到現(xiàn)在激增到上萬噸。
根據(jù) 分析結(jié)果,到 2025 年風輪直徑將從現(xiàn)在的 100m 擴大到 160m,IEA 的分析也可以得出類似的結(jié)論。由此可見,為了提高風機效率,滿足更廣泛的風場條件,現(xiàn)在業(yè)界已經(jīng)形成共識:風輪直徑擴大是風電未來的發(fā)展趨勢。
風輪直徑擴大,必然導致葉片剛度下降,更加容易變形。如何在一定控制質(zhì)量的前提下,提高葉片剛度,是風電葉片設計必須要考慮的問題。碳纖維(主要是大絲束碳纖維)作為質(zhì)量輕、強度高、模量高的新型材料在風電葉片領域的應用必將進一步提升。
中國碳纖維需求增加是全球碳纖維需求持續(xù)增長的重要因素。2020年中國碳纖維總需求為48851噸,同比增長了29%,不同機構(gòu)統(tǒng)計略有不同,但“高增長高需求”是共識。