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國產碳纖維在風電葉片產業中的機會 ——七論國產碳纖維產業化之路

2018-12-30  來源:中國風力發電網  [已有0人評論]  [有償投稿]
核心提示:復合材料行業的技術人員都知道,僅有碳纖維對用戶是沒有意義的,只有碳纖維加上與之匹配的樹脂(有時上漿劑)才會形成復合材料結構。
中國風力發電網訊: 最近風電葉片碳纖維年用量超過2萬噸的現象引起了大家的關注,從碳纖維生產企業到復合材料生產廠家都紛紛涌入風電行業,希冀在這個行業撈到一桶金。作者希望通過本文與大家分享對碳纖維復合材料在風電葉片中大量應用的分析,并再一次共同探討國產碳纖維產業化之路。
 
1 風電葉片碳纖維用量劇增現象的剖析
 
近來碳纖維復合材料界傳遞著一個喜人的消息,就在四年前一些權威大佬認為碳纖維在風電葉片大量使用碳纖維為時尚早,風電行業領頭企業VESTAS瀕臨破產之際,2015年碳纖維在風電葉片上的全球應用就像2009年波音787首飛成功一樣,用量急劇增加,繼航空用碳纖維用量需求達到2萬噸之后,ZOLTEK的大絲束碳纖維變成市場上的槍手貨,需求超過2萬噸,VESTAS也轉虧為盈。在風電葉片的碳纖維用量中,VESTAS占了80%以上。以VESTAS中國供應商為主國內生產風電葉片碳纖維用量見表1,2018年江蘇澳盛和威海光威成了碳纖維的最大用戶,兩家的用量即將突破萬噸,市場上大絲束碳纖維供不應求。林剛先生連續四年為大家提供了全球碳纖維市場報告,作者將其中有關風電葉片的數據匯總見表2(2017年用量嚴兵的說法是24000噸,若按此數據修正的數據見表中括號所示)。其中風電葉片用碳纖維與其制品的單價在此進行了調整,從而其產值也相應發生了變化,2015年以前主要采用預浸料或織物的真空導入,部分采用小絲束碳纖維,因此平均價格高一些,近年來主要采用大絲束碳纖維拉擠梁片,價格降低了很多。從用量和制件產量來看是急劇增加,但創造的產值實際上是降低了。但正因為風電葉片(主要是大梁)碳纖維復合材料制品價格大幅降價,才成就了碳纖維用量的急劇增加,反映了引導工業領域大規模應用碳纖維的方向——“買得起”(Affordability)。
 
圖1所示是風電葉片大梁采用的3種工藝:預浸料鋪貼真空袋壓成型、織物預成型+真空導入和拉擠梁片,過去主要是前2種工藝,由于效率低、成本高,研究表明:按這樣的材料與工藝,只有40m以上的風電葉片使用碳纖維替代玻璃纖維才可能被用戶接受。實現風電葉片大梁低成本化的表觀主因是采用了高效低成本高質量的拉擠梁片工藝,但究其根源VESTAS在大梁結構的革命性創新設計才使拉擠梁片的使用成為可能,圖2所示是VESTAS的主梁結構示意圖。這種設計理念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,其優點表現為:1)通過拉擠工藝生產方式大大提高了纖維體積含量,降低了主體承載部分的重量;2)通過標準件的生產方式大大提高了生產效率,保證產品性能的一致性和穩定性;3)大大降低了運輸成本和最后組裝整體成型的生產成本;4)預浸料和織物都有一定的邊角廢料,拉擠梁片及整體灌注極少。按這種設計和工藝制造的碳纖維主梁,兆瓦級的葉片均可使用,大大擴展了碳纖維的使用范圍。
 
 
風電葉片碳纖維用量的急劇增加證明了:碳纖維在工業領域應用的推動力必須是生產出全壽命成本優于其他材料結構的產品,即“買得起”的碳纖維復合材料產品,關鍵是“affordability”。
 
圖2 風電葉片結構
 
 
隨著對清潔能源的需求越來越大,國內外對風電葉片的需求也越來越大,面對這一巨大的市場,當前大絲束碳纖維供不應求,ZOLTEK正在積極擴產,國產碳纖維在風電葉片市場可以有所作為,國產碳纖維生產企業必須把握這一商機。
 

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(來源:SAMPE  作者:沈真)

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