可回收利用的热塑性叶片的开发:GaothTecTeo与三菱重工以及Cyclics公司签署了一份合作协议,共同为全球大规模风场开发热塑性复合材料风机叶片,制作了全球首个12.6米可循环风力机叶片,此叶片退役后,平均每套风力机可回收19吨叶片塑料材料,此在风电工业上堪称史无前列。虽然热塑性树脂较热固性树脂轻,它易于发生蠕变,且用胶粘剂胶接热塑性树脂基复合材料壳体较困难,因此,不适用于大型风力机叶片的开发。
三、国内兆瓦级风机叶片的市场分析
我国风能叶片发展起步早,过程长,后劲大。从六十年代初,由当时的上海FRP结构研究所一批科技人员在著名专家朱颐龄教授带领下,研制飞机螺旋桨及风电玻璃钢叶片,叶片长度达到了19m。这个过程走了许多年,到2005年,上海FRP研究院引自德国Aerodyn的技术,再结合自己积累的叶片制造技术,试制完成了1.5MW、37.5M的国内第一片环氧基FRP叶片。这个叶片在依据Aerodyn提供的设计铺层图后,自己制造模具和采用真空灌注工艺完成的。国内另一大叶片制造厂为中复连众复材集团公司。2005年该公司引进德国No1公司技术,研制1.5MW、37.5M的环氧基FRP叶片,到目前为止,中复连众已完成七套模具制作任务,达到700套叶片制造能力。今年连众公司又收购了德国No1公司,从而为连众公司开发5MW级55M长的叶片提供了技术保障。中航(保定)惠腾风电设备有限公司为国内叶片制造的最大企业。该公司由保定惠阳航空螺旋浆厂、中航工业燃机动力集团、中航第二集团和美国美腾风能公司共同投资的企业,是国内唯一的自主技术、自行研发聚脂基FRP叶片的企业。其600kw-750kw叶片占国内的90%以上,2006年叶片装机容量达504MW,占全国的48%比重。该公司在寻求技术合作过程中,先后参与荷兰、德国、英国等九家风叶企业的技术交流与合作,专案确立了中国MW级叶片在国内技术的自主化能力,此外,还与国内主机公司接洽,以性价比为导向进行配套。惠腾叶片技术主要特点包括结构阻尼专利(降低振动)、叶尖专有技术(提供气动性能降低噪音)、镜面模具技术、快速常温固化技术、高精度平衡技术、高精度叶根定位技术等,以1.5MW、6吨重的叶片为例,每支重量误差在1kg以下,重心偏差不超过10mm,因此,其启动风速只需2.6m/秒,发电风速为3m/秒。该公司目前进行二、三期扩建工程,三期达到1.5MW叶片1000套的产能。2007年3月,保定惠德风电公司获得向美国德州出口十台兆瓦级风机供货合同,保定惠腾正在研发2MW环氧基风机叶片。以上三家公司获准了“十一五”国家科技支撑计划“大功率风电机组研究与示范”自发布课题申报核准项目;获得这个核准项目的还有北京玻璃钢研究院。在机仓罩出口方面,山东德州株丕特公司和德州双一集团公司频频接单,受到外商好评。2008年双一公司机仓罩任务已达饱满。到目前为止,全国现有风电主机企业30多家,风叶和机仓罩等制造企业等接近40家,形成了一个蓬勃发展的行业群体。
2004年以来,我国风电业的繁荣景象引发了国外、海外等著名的风电公司、叶片制造公司、风电场论证机构、培训机构、测试机构、设计机构以及模具制造、机电配套企业等也纷纷登陆。进入天津地区的有全球著名叶片制造企业Vestas、Lm、Suzlon、Eulking、Nordex等及生产丙烯腈泡沫板的瑞士格瑞特公司。进入江苏太仓的有加拿大红枫模具公司、以生产风机叶片著称的美国TPI公司在太仓的泰鹏公司。早几年进入江苏昆山,以生产PVC泡沫结构板在全球风电行业著称的瑞典DIAB公司,及时赶上了中国风电市场的大好机遇。他们在推进风叶用PVC结构泡沫板同时,积极帮助风叶制造企业掌握兆瓦级叶片抽真空灌注新工艺,使企业在获得新技术和降低生产成本方面得到了实惠。目前,DIAB公司的PVC泡沫结构板在国内市场占有半壁江山。此外,频繁接触我国风电公司的国外设计公司有荷兰CTC和德国Aerodyn公司。
围绕着国内兆瓦级风机叶片的开发,国内的相关企业也大胆探索,积极参于,在叶片设计方面有沈阳大学风机研究所、保定华翼风电叶片研发公司等;在模具制造上,北京恒吉星复合材料开发中心率先在国内第一个接受兆瓦级模具制作任务,至今已为国内行业完成了七套环氧模具。这两年,兆瓦级叶片纷纷上马,对抽真空辅助用材料的需求量加大。过去,这些材料主要靠进口。浙江瑞洋高科复合材料公司早在数年前积极组织研发抽真空材料,并出口国外,在取到大量经验后,瑞洋公司大力投放国内市场,为企业解决急需,降低生产成本作出了努力。
四、抓住机遇,集成创新,迎接我国风电大规模开发时期
根据全国900多个气象站场地10m高度资料进行估算,国内可开发利用的陆上风能储量有2.53亿KW,另外,近海可开发和利用的风能储量有7.5亿KW,共计约10亿KW。国内风能资源主要是三北地区和东南沿海,这是我国具备大规格发展风电的前提条件;据有关研究预测,我国风能仅次于俄罗斯和美国,居世界和第三位。对这一个风电业的“大蛋糕”,国内风电业必须走一条相互合作、集成创新之路。
从我们调查情况看,为适应即将到来的全球和全国风电形势,我们必须认识到也是一个知识经济的机遇到来。当前叶片厂与主机厂“一窝峰”的暴增将是一大隐患,有些企业根本不具备生产叶片的能力和条件,特别反映在一些暴发的从农村乡镇转制出来的私营企业,对上风电存在着很大的盲目性。这些财主认为,他们有钱,没有办不到的事情。听说一支叶片能赚大钱的“神话”,凭着“英雄气概”把风电热当炒股来盘算。这种公司不要说技术平台,技术人员也是风毛麟角。一些国外公司与这些企业接触后,竟想不到中国的民营企业心中无数,却有如此大的胆气。有资料报告,80年代以来,全球因经营不善甚至“阵亡”的叶片厂近30家。我们应该想到,风电技术涵盖了多学科专业领域。在此以前,上海、江苏一些民营企业在经过深入的调查后,感到这种技术领域和其企业本身的现有技术状况严重不对称后而自动退出。
第二个问题是叶片的设计,我国目前一些企业的制造技术主要靠购买国外的技术及生产许可证,但国外的技术是依据他们那里风场的工况来进行设计的。我国东南沿海风场区所面临的工况是多台风地区,所以照搬国外的设计,这些风电站要维持20年的运转期寿命就非常不容易。其次是叶片的成本及材料选择,国外的经验对1兆瓦以下的叶片其基体材料选用不饱和树脂,1兆瓦以上的国外大都采用环氧树脂。从目前国内兆瓦级叶片制造企业的情况看,环氧树脂全来自进口,且“奇货可居”,严重影响生产进程,但国内一些环氧树脂企业又缺少经验和应用数据。因此,一些风叶厂只得依赖进口树脂,采用环氧基的企业已面临成本居高不下的困境。据国外资料报导,1.5兆瓦采用环氧基玻纤材料的单支叶片为5200kg,采用环氧乙烯基脂和不饱和树脂基为5800kg,两种材质相差600kg。国外兆瓦级叶片已开发20年,其增强材料仍然以玻璃纤维为主,而未采用碳纤维,考虑的是成本和市场。好的东西,市场不接受等于没用。
第三个问题是建立全国性或区域性的风机和叶片制造技术联盟的迫切性和重要性。国内风机叶片及机仓罩制造单位近四十家,而且每年以30%的量在增长,围绕着叶片等FRP复合材料制品的原材料企业有上百家。因此建立从叶片企业到原材料企业的合作联盟十分必要。我国台湾在兆瓦级风机叶片的设计制造上落后于大陆企业,为了推进台湾兆瓦级风电业发展,由台湾强化塑胶协进会牵头,筹建台湾地区叶片制造技术策略联盟。这个联盟组合了台湾工业研究院、台玻、中益复材、台湾上纬等企业,进行一体化的兆瓦级叶片市场跟踪和技术攻关。该联盟一方面在台湾选择典型风电场引入德国技术;另一方面以大陆漳州为起点,联合湘电风能公司共同开发叶片,从而推进整个台湾地区的风电场开发。台湾协进会的做法获得设计、制造企业的欢迎和赞同,这对加快台湾地区兆瓦级叶片开发,抓住机遇,及时切入两岸风电市场有深远意义。借鉴台湾的做法,我们建议由中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会和中国农机工业协会风力机械分会牵头,联合中国玻纤工业协会、中国石化工业协会不饱和聚脂树脂行业协会和环氧树脂行业协会及设计制造企业一起交流情报信息和技术,加强与国际间的合作,促进风电行业的整体水平的提高。
进入21世纪以来,我国的工业化、城镇化进程加快,经济持续较快增长,能源需求不断增加。2006年,能源消费总量为24.6亿吨标准煤,其中煤炭消费量占69%,能源消耗和环境污染成为制约中国发展的重要因素。因此,我国政府将采取强制性市场份额、优惠电价和费用分摊、资金支持和税收优惠、建立产业服务体等政策和措施,积极支持可再生能源的技术进步,努力实现到2020年可再生能源消费量达到总能源消费量15%的目标,其中到2020年风电装机容量达到3000万千瓦,这将极大地促进新能源产业的大力发展。2020年以后随着传统燃料资源减少,成本增加,风电将有更强的市场竞争能力,发展更快;2030年以后水能资源大部分也将开发完,近海风电开发又将迎来大规模发展时期,基于风能行业具备稳定且长期的市场前景,我国的风电市场将层出不穷,欣欣向荣,也将大幅度的启动玻璃钢复合材料产业的经济繁荣。
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