風(fēng)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(dǎo)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(fēng)電葉片(即風(fēng)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(fēng)電領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。
通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)將主梁承力結(jié)構(gòu)分拆為可裝配的拉擠梁片標(biāo)準(zhǔn)件。該公司是全球的風(fēng)電設(shè)備制造巨頭,在大梁結(jié)構(gòu)上采用了革命性的創(chuàng)新設(shè)計(jì):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(biāo)準(zhǔn)件。然后把這些標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)和新工藝制造的碳纖維主梁,完成技術(shù)攻關(guān)后,碳纖維在風(fēng)電領(lǐng)域的使用量進(jìn)入快速增長。以中國為例:2014 年風(fēng)電領(lǐng)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(fēng)輪直徑將從現(xiàn)在的 100m 擴(kuò)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(fēng)機(jī)效率,滿足更廣泛的風(fēng)場條件,現(xiàn)在業(yè)界已經(jīng)形成共識(shí):風(fēng)輪直徑擴(kuò)大是風(fēng)電未來的發(fā)展趨勢。
風(fēng)輪直徑擴(kuò)大,必然導(dǎo)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(fēng)電葉片設(shè)計(jì)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(qiáng)度高、模量高的新型材料在風(fēng)電葉片領(lǐng)域的應(yīng)用必將進(jìn)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(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)略有不同,但“高增長高需求”是共識(shí)。