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碳纖維復(fù)材用于風(fēng)電葉片行業(yè)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2020-12-17  瀏覽次數(shù):425
核心提示:風(fēng)電葉片成本結(jié)構(gòu)分析風(fēng)力發(fā)電行業(yè)主要由上游原材料生產(chǎn)、中游零部件制造和風(fēng)力機(jī)組制造、以及下游風(fēng)電場運(yùn)營和電網(wǎng)運(yùn)營等環(huán)節(jié)構(gòu)
 風(fēng)電葉片成本結(jié)構(gòu)分析
    風(fēng)力發(fā)電行業(yè)主要由上游原材料生產(chǎn)、中游零部件制造和風(fēng)力機(jī)組制造、以及下游風(fēng)電場運(yùn)營和電網(wǎng)運(yùn)營等環(huán)節(jié)構(gòu)成。
    風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要由葉輪、機(jī)艙、塔筒三部分構(gòu)成。由于風(fēng)電場招標(biāo)時塔筒一般單獨(dú)招標(biāo),風(fēng)力機(jī)組此時即指葉輪和機(jī)艙兩部分。風(fēng)機(jī)的葉輪負(fù)責(zé)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,它由葉片、輪轂、整流罩組成,其中葉片將空氣的動能轉(zhuǎn)化為葉片和主軸的機(jī)械能,繼而通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。葉片的尺寸、形狀直接決定了能量轉(zhuǎn)化效率,也直接決定了機(jī)組功率和性能,因此風(fēng)電葉片在風(fēng)機(jī)設(shè)計中處于核心地位。
    風(fēng)電葉片的成本占風(fēng)力發(fā)電整個系統(tǒng)的總成本比重達(dá)到20%-30%。風(fēng)電場建設(shè)成本可以分為設(shè)備費(fèi)、安裝費(fèi)、建筑工程、其它費(fèi)用等,以某50MW風(fēng)電場為例,約70%的成本來自設(shè)備費(fèi);設(shè)備費(fèi)中94%的成本來自發(fā)電設(shè)備;發(fā)電設(shè)備費(fèi)中的80%來自風(fēng)力機(jī)組成本,17%來自塔筒成本。如此計算則風(fēng)力機(jī)組費(fèi)用約占電站總投資的51%,塔筒費(fèi)用約占總投資的11%,二者的購置費(fèi)是風(fēng)電場建設(shè)的主要成本。風(fēng)電葉片需具備尺寸大、外形復(fù)雜、精度要求高、質(zhì)量分布均勻、耐候性好等特點(diǎn)。目前,風(fēng)電葉片每年的市場規(guī)模約為150-200億元。
    國內(nèi)目前葉片成本的80%來源于原材料,其中增強(qiáng)纖維、芯材、基體樹脂與粘接膠,合計占比超過總成本價格的85%,增強(qiáng)纖維與基體樹脂占超過60%,粘接膠與芯材各占比都超過10%?;w樹脂是整個葉片的材料“包裹體”,包裹了纖維材料和芯材,被包裹的材料用量實(shí)際決定了基體材料的用量,即纖維材料
風(fēng)電葉片行業(yè)市場競爭格局分析
    目前,全球風(fēng)電葉片行業(yè)具備1000套以上產(chǎn)能的大型企業(yè)有十幾家,其中外資企業(yè)以美國GE、迪皮埃TPI、丹麥LM為主(LM已于2017年被GE收購),國內(nèi)風(fēng)電葉片龍頭企業(yè)包括中材科技、中復(fù)連眾等專業(yè)葉片生產(chǎn)商和國電聯(lián)合動力、明陽智能等具備自主生產(chǎn)葉片能力的整機(jī)生產(chǎn)商。由于受到運(yùn)輸半徑制約,產(chǎn)能分布會影響葉片市場競爭格局,地方性廠商受益于地域性優(yōu)勢瓜分了一些區(qū)域市場份額。
    數(shù)據(jù)顯示,國內(nèi)排名前五的風(fēng)電葉片企業(yè)市場份額已由2011年的10% 增加至2018年的50%。
風(fēng)電葉片行業(yè)發(fā)展趨勢
    2021年,國家能源局要求風(fēng)電平價上網(wǎng)發(fā)電,產(chǎn)業(yè)鏈對于降本增效的需求日益增強(qiáng)。因此,開發(fā)出具有放熱溫度低、低密度、快速建立脫模強(qiáng)度的灌注樹脂、輕質(zhì)高韌的膠粘劑,對于縮短葉片從灌注到合模的整體制程,進(jìn)而達(dá)到降本增效的作用至關(guān)重要。風(fēng)電葉片大型化發(fā)展的同時,兼顧整個產(chǎn)業(yè)鏈的成本降低,葉片設(shè)計會朝著模塊化的趨勢發(fā)展,在未來產(chǎn)品開發(fā)儲備上必然要從降本增效來考量。
風(fēng)電葉片大型化、輕量化趨勢
    隨著市場對風(fēng)電葉片的利用效率要求越來越高,風(fēng)電葉片向大型化發(fā)展成為了必然的趨勢。在相同長度葉片下,使用玻璃纖維作為增強(qiáng)材料的葉片重量顯著大于使用碳纖維作為增強(qiáng)材料的葉片重量,從而影響風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行性能和轉(zhuǎn)換效率。傳統(tǒng)玻璃纖維制成的復(fù)合材料已經(jīng)逐漸暴露出了一定缺點(diǎn), 例如彈性模量和層間剪切強(qiáng)度比較低, 長期耐溫性差容易老化, 特別是材料的質(zhì)量密度還比較大隨著發(fā)電機(jī)組向大型化發(fā)展風(fēng)機(jī)的葉片長度不斷增加, 越來越重的葉片對發(fā)電機(jī)和塔座也提出了更苛刻的要求。
相同葉片長度下, 采用碳纖維復(fù)合材料制作的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于玻璃纖維復(fù)合材料制作的重量。葉片質(zhì)量的減小和剛度的增加, 可以有效改善葉片的空氣動力學(xué)性能, 降低葉片對機(jī)塔和輪軸的負(fù)載,風(fēng)機(jī)的輸出功率更平滑更均衡、運(yùn)行效率更高,更有利于風(fēng)機(jī)的風(fēng)力收集。
    技術(shù)發(fā)展趨勢上,風(fēng)電葉片未來將會著重于產(chǎn)品容量逐漸提升,無論是陸上風(fēng)電與海上風(fēng)電均會向大型化發(fā)展?,F(xiàn)階段風(fēng)力發(fā)電機(jī)主流容量為2~4MW,未來小容量風(fēng)力機(jī)將逐步淡出市場,朝向大型化風(fēng)力機(jī)發(fā)展。風(fēng)力機(jī)大型化的優(yōu)點(diǎn)為對于風(fēng)場土地利用效率大幅增加,缺點(diǎn)為單位建置成本將小幅上升。
 
 
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