海上风电叶片的减重降本之路：要敢于大胆采用新工艺，新材料

海上风电已经迎来第一个高潮，不出意外，今年的海上装机将迎来他的第一个玄关-千万千瓦里程碑，也将载入中国风电的史册。从最早中海油装的第一台1.5MW金风风机开始，到东海大桥3MW机型，再到上海电气-西门子4.0MW，到今天的东汽10 MW风机吊装即将并网，中国海上风电10年走完了海外20年风电的历程，不得不说，后发先至，站在巨人肩膀上，中国海上风电占尽先机，唯一不同于陆上风电而言，海上风电一直未采用外资品牌风机，也是中国海上风电的一个特点。

东汽10MW主机下线（照片来自网络）

中国海上风电起步于2007年，当时由金风科技和中海油新能源公司合作，在渤海湾绥中作业区，建立了中国也是亚洲第一个海上风力发电实验机组，当时机型GW1500/93，直驱永磁型，只有1台，离岸70公里，叶轮直径93m。最近的东汽10MW风机，叶轮直接翻倍到185m，仅叶片长度就达到90m（最长的叶片为重庆重通的91m），同时，纯玻纤增强材料的叶片的也开始了碳纤维/玻璃纤维混用时代。

我今天想谈的是海上叶片的减重，无疑碳纤维主梁方案是最好的一个方案，碳纤维密度低于玻璃纤维一半，强度高出玻纤好几倍，现在的大丝束的碳纤维（ZOLTEK）碳纤维已经大幅下降，应该说有很大的优势。如果正常，以72M左右叶片，采用玻璃纤维作为主梁，替代为碳纤维做主梁，估计减重应该在6吨，现在常用海上机型叶片都在80m以上，单支叶片减重至少在7吨左右，对于叶轮系统减重20吨以上，将会给风机的载荷将会产生巨大的影响（载荷降低，基础，塔筒，风载都会减小或降低，减少投资）。也许大家会说，碳纤维贵，实际从总体的减重效果来看，综合成本肯定是下降的，塔筒，基础，载荷的降低，其他投资下降，完全可以弥补碳纤维使用带来的一点成本增加。

作为叶片的内部的一个结构件，主梁一直是海上大叶片的难题。VESTAS主梁一直采用碳纤维拉挤工艺方案，国内双瑞，重通，东汽等叶片厂在海上叶片都采用了碳纤维织物灌注工艺。作为叶片界的几位大哥，中材科技，中复连众据了解都还没批量采用碳纤维主梁方案，主要还是基于主机厂的设计方案，主机厂方面，已有金风，远景，海装和东汽等开始采用碳纤维主梁方案（我了解不多，如果不准，请勿怪）。据了解，时代新材采用拉挤工艺做过碳纤维主梁，通过工艺实践，感觉成本较高，比玻纤主梁成本高一倍。

为什么vestas采用拉挤工艺的主梁，而国内的几家采用碳纤织物灌注工艺主梁，因为我没见到vestas主梁的报道，我无法获悉，但通过官方的了解，维斯塔斯是全球叶片领域最大的碳纤维使用者，2018年维斯塔斯使用碳纤维超过了两万吨，在碳纤维铺放技术，碳纤维主梁叶片特殊的防雷系统，维斯塔斯做了较大的研究，有自己独特的防雷技术专利，这也是VESTAS敢于大胆使用碳纤维主梁的一个因素。

东汽90m/10MW叶片出厂（照片来自网络）

如何降本，如何减重，是海上叶片的一个难题。新工艺是未来海上叶片的一个重要思路。现在看来，采用灌注工艺的主梁方案，问题在于织物进口。国内的碳纤维主梁采用碳纤维织物，目前遇到最大的一个问题，就是碳纤维织物必须进口，价格很高，大丝束碳纤维织物单价超过200元/kg，这也限制了碳纤维的应用，根据我了解，全球能走碳纤维织物的供应商不多，而能用于叶片碳纤维主梁的更少，或许这是未来的一个方向。从技术核心而言，拉挤的工艺成本肯定要比织物灌注工艺成本高。如此看来，新工艺在碳纤维复合材料的应用，对于降低碳纤维的成本将会起到决定性的作用，目前大丝束碳纤维成本大幅降低，关键在于如何降低碳纤维织物成本，已经成为解决碳纤维主梁降本的核心，但愿国内有人关注。

新材料是未来降本的一个重要方向。作为海上叶片降本，玻璃纤维，树脂，胶黏剂都已经国产化，而轻木还是在替代的路上需要走一段路，是否有新的材料可以替代，我了解到PET 替代轻木已经开始出现，如果不是疫情，估计也不会开始试水小批量的采用。而一种新的HPE（类似改型聚氨酯）泡沫正在出现并开始采用（意大利一家公司的专利），欧洲NORDEX、VESTAS已经开始批量使用，根据生产工艺统计，可以减少40%以上的灌注树脂，同时减少25%以上的重量（同样的夹芯复合材料采用通用的轻木，PET夹芯对比灌注），价格及性能相同。根据实际使用效果介绍，52m长度的叶片单支可降本3000-4000元，更重要的是这种材料不受轻木进口的限制，目前已经国产化。若80-90m的海上叶片采用，预计单支叶片降本将超过1-1.5万元。当然这只是降本的一个小方面。我觉得，主要是有降本的效果，在性能不影响的情况下，我们都要去考虑，点点滴滴的降本集中起来也是不可想象的一个下降。

当然，减重，降本，都是我们叶片行业的专家的事情，基于我对行业的一点细枝末节的了解，提出了一点个人看法，供大家参考，希望能抛砖引玉。