风电行业正进入精益化时代. 每一个细节的提升, 对于度电成本下降的意义都不可小觑. 风机叶片材料, 这一易被忽视的细节, 竟也蕴藏着提升发电量, 降低风机造价的大文章.
去年, 高性能聚合物材料供应商科思创联合行业伙伴在中国研制成功全球第一支1.5MW新型高性能聚氨酯树脂体系风机叶片, 这意味着在叶片材料上用聚氨酯代替传统的环氧树脂成为可能. 继1.5MW聚氨酯叶片之后, 目前, 科思创正试制更大容量风机的聚氨酯叶片, 推动聚氨酯风机叶片早日实现商业化应用.
李倩
寻找替代材料已成行业需求
'传统的环氧树脂材料在风电叶片上的大规模应用已超过30年, 被认为是成熟可靠的技术, 但随着低风速风电开发的兴起, 风机叶片越做越长, 环氧树脂材料叶片在价格, 工艺等方面的瓶颈已经显现. ' 科思创聚氨酯事业部亚太区研发总监李倩博士日前接受本报记者采访时说.
李倩表示, 轻量化和大型化是风机叶片发展的趋势, 随之对工艺的要求也越来越高. 此外, 伴随风电上网标杆电价不断下调, 风电平价时代渐行渐近, 成本压力也促使行业寻找新材料替代的途径.
有数据显示, 叶片成本约占风机成本的20%-30%, 约占风场投资成本的10%-15%. 若叶片能在保证性能的前提下进一步降低造价, 无疑将有力推动风电单位千瓦造价的下降, 并最终助力实现全生命周期风电度电成本的降低.
性能及经济性优势是关键
相比环氧树脂, 聚氨酯材料更适应叶片轻量化, 大型化趋势. 聚氨酯本身并非新材料, 从发明至今已有80年的历史. 只不过, 科思创把聚氨酯材料创新性应用于风机叶片领域, 开创了聚氨酯叶片的先河.
李倩告诉记者, 之所以能选择聚氨酯代替环氧树脂应用于风机叶片, 也正是基于其良好的性能和经济性优势.
首先, 聚氨酯材料本身的机械性能好. 例如, 聚氨酯树脂具有比环氧树脂更低的粘度和更好的流动性;聚氨酯的放热峰低于环氧树脂, 从而可以降低树脂放热对PVC泡沫芯材的影响;聚氨酯能更好地与碳纤维进行结合. 因此, 通过优化叶片设计, 应用聚氨酯材料能制成更轻更长的风机叶片, 带来更高发电效率并降低发电成本.
其次, 从工艺上看, 聚氨酯的灌注和固化效率相比环氧树脂也大大提高, 缩短了制造周期. '时代新材刚刚下线的2.2MW聚氨酯叶片, 灌注能节约50%的时间, 固化能节约40%的时间, 从而缩减了人力成本和模具成本. ' 李倩说, '当温度降到一定程度, 聚氨酯在灌注效率上会有额外的优势显现出来. '
当前, 低风速风电和海上风电已成风电开发的两个热点. 李倩认为, 除适用于低风速风机外, 聚氨酯材料同样能很好满足海上风机的需要. '海上风机通常需要更长叶片, 面临更高风速, 对防腐性能有更高要求, 这使聚氨酯材料叶片优势更明显. '
商业化应用有待探索
然而, 在当前的风电市场, 99%以上的风机叶片仍使用传统的环氧树脂材料. 聚氨酯叶片如何才能从实验室真正走向商业化应用?
'风电行业投资大, 风险高, 业主对新材料新技术的应用会更加谨慎, 同时, 风电行业特别强调运行业绩, 需要有第一个吃螃蟹的人. ' 李倩说, '聚氨酯叶片研制成功的一年来, 我们正在积极与叶片制造商, 整机商甚至业主进行密切沟通, 争取早日推动聚氨酯叶片实现商业化应用. '
李倩向记者表示, 由于聚氨酯材料在大叶片上具有更明显的替代优势, 预计在需要更大叶片的低风速风机上, 聚氨酯叶片有可能率先走向市场.
实际上, 新材料的引入并非简简单单的材料替代, 它需要跟其他配套材料, 以及叶片产业链上各个产业进行密切配合, 才能最终推向市场, 获得用户的认可.
作为风能聚氨酯应用领域的领跑者, 科思创除研制聚氨酯叶片外, 已将聚氨酯材料技术成熟应用于塔筒和叶片的涂料体系以及风机海底电缆的弹性体.
在李倩看来, 将聚氨酯材料创新性应用于风电领域, 将推动风电成为更加绿色, 更具价格优势的清洁能源.