風電行業正進入精益化時代. 每一個細節的提升, 對於度電成本下降的意義都不可小覷. 風機葉片材料, 這一易被忽視的細節, 竟也蘊藏著提升發電量, 降低風機造價的大文章.
去年, 高性能聚合物材料供應商科思創聯合行業夥伴在中國研製成功全球第一支1.5MW新型高性能聚氨酯樹脂體系風機葉片, 這意味著在葉片材料上用聚氨酯代替傳統的環氧樹脂成為可能. 繼1.5MW聚氨酯葉片之後, 目前, 科思創正試製更大容量風機的聚氨酯葉片, 推動聚氨酯風機葉片早日實現商業化應用.
李倩
尋找替代材料已成行業需求
'傳統的環氧樹脂材料在風電葉片上的大規模應用已超過30年, 被認為是成熟可靠的技術, 但隨著低風速風電開發的興起, 風機葉片越做越長, 環氧樹脂材料葉片在價格, 工藝等方面的瓶頸已經顯現. ' 科思創聚氨酯事業部亞太區研發總監李倩博士日前接受本報記者採訪時說.
李倩表示, 輕量化和大型化是風機葉片發展的趨勢, 隨之對工藝的要求也越來越高. 此外, 伴隨風電上網標杆電價不斷下調, 風電平價時代漸行漸近, 成本壓力也促使行業尋找新材料替代的途徑.
有數據顯示, 葉片成本約佔風機成本的20%-30%, 約佔風場投資成本的10%-15%. 若葉片能在保證性能的前提下進一步降低造價, 無疑將有力推動風電單位千瓦造價的下降, 並最終助力實現全生命周期風電度電成本的降低.
性能及經濟性優勢是關鍵
相比環氧樹脂, 聚氨酯材料更適應葉片輕量化, 大型化趨勢. 聚氨酯本身並非新材料, 從發明至今已有80年的曆史. 只不過, 科思創把聚氨酯材料創新性應用於風機葉片領域, 開創了聚氨酯葉片的先河.
李倩告訴記者, 之所以能選擇聚氨酯代替環氧樹脂應用於風機葉片, 也正是基於其良好的性能和經濟性優勢.
首先, 聚氨酯材料本身的機械性能好. 例如, 聚氨酯樹脂具有比環氧樹脂更低的粘度和更好的流動性;聚氨酯的放熱峰低於環氧樹脂, 從而可以降低樹脂放熱對PVC泡沫芯材的影響;聚氨酯能更好地與碳纖維進行結合. 因此, 通過優化葉片設計, 應用聚氨酯材料能製成更輕更長的風機葉片, 帶來更高發電效率並降低發電成本.
其次, 從工藝上看, 聚氨酯的灌注和固化效率相比環氧樹脂也大大提高, 縮短了製造周期. '時代新材剛剛下線的2.2MW聚氨酯葉片, 灌注能節約50%的時間, 固化能節約40%的時間, 從而縮減了人力成本和模具成本. ' 李倩說, '當溫度降到一定程度, 聚氨酯在灌注效率上會有額外的優勢顯現出來. '
當前, 低風速風電和海上風電已成風電開發的兩個熱點. 李倩認為, 除適用於低風速風機外, 聚氨酯材料同樣能很好滿足海上風機的需要. '海上風機通常需要更長葉片, 面臨更高風速, 對防腐性能有更高要求, 這使聚氨酯材料葉片優勢更明顯. '
商業化應用有待探索
然而, 在當前的風電市場, 99%以上的風機葉片仍使用傳統的環氧樹脂材料. 聚氨酯葉片如何才能從實驗室真正走向商業化應用?
'風電行業投資大, 風險高, 業主對新材料新技術的應用會更加謹慎, 同時, 風電行業特彆強調運行業績, 需要有第一個吃螃蟹的人. ' 李倩說, '聚氨酯葉片研製成功的一年來, 我們正在積極與葉片製造商, 整機商甚至業主進行密切溝通, 爭取早日推動聚氨酯葉片實現商業化應用. '
李倩向記者表示, 由於聚氨酯材料在大葉片上具有更明顯的替代優勢, 預計在需要更大葉片的低風速風機上, 聚氨酯葉片有可能率先走向市場.
實際上, 新材料的引入並非簡簡單單的材料替代, 它需要跟其他配套材料, 以及葉片產業鏈上各個產業進行密切配合, 才能最終推向市場, 獲得用戶的認可.
作為風能聚氨酯應用領域的領跑者, 科思創除研製聚氨酯葉片外, 已將聚氨酯材料技術成熟應用於塔筒和葉片的塗料體系以及風機海底電纜的彈性體.
在李倩看來, 將聚氨酯材料創新性應用於風電領域, 將推動風電成為更加綠色, 更具價格優勢的清潔能源.