PVC轻质夹芯和导流技术:PVC轻质夹芯概念应用于结构,据瑞典DIAB公司资料报导可用于60米长的风机叶片芯件。采用这种芯材及导流技术,可减少50%的周期时间,降低30%的劳动力成本,与敞开型技术相比,夹芯导流技术减少90%的苯乙烯散发,并使整个叶片达到轻质高强。DIAB公司在中国昆山厂推出的PVC轮廓板根据产品“量体裁衣”直接用到了叶片制作上,省时省料,降低成本。
碳纤维或碳/玻Hybrid纤维(3D织物):叶片长度的不断增加使得轻质、高强的碳纤维在风力发电上应用不断扩大,大丝束碳纤维价格的下降成为风力机的首选结构材料,同样是34米长的叶片,采用GF/UP质量为5800公斤,采用GF/EP质量为5200公斤,采用CF/EP质量为3800公斤。因此,叶片材料开发的趋势是采用CF/EP,但同时也面临价格的压力。国外正在从原材料、工艺技术、质量控制等各方面深入研究降低成本。据有关方面信息了解,为了增加叶片的刚度并防止叶尖预弯部碰到塔架,在长度大于50m的叶片将广泛使用碳纤维。
可回收利用的热塑性叶片的开发:Gaoth Tec Teo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。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,上海院也于08年开发了2MW叶片。国内另一大叶片制造厂为中复连众复材集团公司,2005年引进德国No1公司技术,研制1.5MW、37.5M的环氧基FRP叶片。08年,中复连众已完成2MW叶片制作进入市场。07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。中航惠腾风电设备有限公司为国内叶片最大制造企业,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。该公司目前达到1.5MW叶片1000套的产能。并于08年开发了2MW叶片,2007年3月,惠腾风电公司获得向美国德州出口十台兆瓦级风机供货合同。保定惠腾已研发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。目前,国产兆瓦级叶片从2009年开始全面向2MW叶片推进,除了以上四家以外,还有东方汽轮、南通东泰、中山明阳等。在机仓罩制造方面涌现了山东德州株丕特公司和德州双一集团公司。这两家公司在国内率先采用LRTM和抽真空成型工艺,使机仓罩制作质量名列行业前列。到目前为止,全国现有风电主机企业67家,风叶和机仓罩等制造企业等接近50家,形成了一个蓬勃发展的行业群体。