GWBladeTeam：叶片材料降本技术介绍

　　

　　随着2020年风火同价临近，整机降本压力与日俱增。叶片作为整机的重要零部件之一，其成本占到近30%，而叶片中原材料成本占到叶片总成本约70%。因此叶片降本不仅要从设计角度降载减重，也需寻找原材料降本减重替代方案。

　　

　　叶片原材料主要由玻纤、树脂、结构胶、芯材（泡沫、balsa）、涂料构成，每种材料在叶片中的占比（重量和成本）分布见表1（参照目前某量产叶片数据）。从表1可知，玻纤、树脂及芯材三者相辅相成，三者重量占比达到90%以上，三者成本占比达到87%以上。因此，叶片材料降本应重点从玻纤、树脂及芯材三维度去寻找替代解决方案。

　　

　　

 

　　

　　2、树脂降本技术

　　

　　叶片行业发展20多年，目前除LM聚酯叶片外，其它叶片基本都是以环氧树脂为主，近两年环氧树脂受环保和产能的影响，价格波动较大。聚氨酯树脂前期因操作时间短一直没在叶片上应用，科思创通过对其改性，目前聚氨酯树脂已在60m左右叶片上试制、测试、挂机，最长挂机已达1年以上。聚氨酯树脂较环氧树脂成本能降低约10%，由于粘度低，用量也会减少。但受制于水分的影响，目前仅在叶片预制件（叶根、主梁、腹板）中使用，后续全PET叶片会考虑聚氨酯，叶片预计降本约1万元/支。

　　

　　表2 聚氨酯树脂与环氧性能对比

　　

　　2、织物降本材料

　　

　　织物的种类繁多，但目前叶片用量最大的仍然是玻纤织物，无论从性价比还是从产能均可满足叶片产业需求。随着叶片长度不断增加，叶片重量成指数级增加，设计亟需一些高性能玻纤织物来平衡叶片重量增加的幅度。玻纤拉挤、碳玻混织物由于性价比低，目前仍然没有批量使用。近两年巨石E8、重庆国际TMII及泰玻S-1超高模量纱线也开始小批量应用，但价格比常规高模量纱线高约30%，目前在3MW及以上叶型应用较多。金风在原高模织物基础上开发了大克重织物，性能比常规高模量UD1250织物高10%，成本基本不变，目前已在几个新叶型中批量应用，单支叶片降本约1万元（包括节约树脂用量），同时叶片减重约10%。目前几种成熟玻纤产品性能对比见表3。

　　

　　表3 玻纤类织物性能对比表

　　

　　3、芯材降本材料

　　

　　Balsa轻木和PVC泡沫组合应用在叶片上，随着叶片大型化，用量也越来越多。由于轻木天然生长材料，产能和价格波动幅度较大，2019年价格已经上涨50%，但产能缺口仍在30%〜50%，原材料厂家也在推进高密度轻木认证和测试工作，比如190kg/m3,230 kg/m3等，高密度轻木需关注对于叶片重量的影响。此外，固瑞特和3A均推出低吸胶轻木，吸胶量大幅下降，后期需在叶片上对其验证。

　　

　　PET及HPE作为新型绿色泡沫，可以提供不同密度的产品，目前vestas已经采用高密度PET替代轻木并批量应用在壳体。PET目前仍需进口，但国产化PET小批生产并测试中，替代PVC的泡沫性能对比见表4，替代balsa的高密度泡沫性能对比见表5。

　　

　　从表4可知，HPE100及PET100性能均大于PVC60，吸胶后的密度也基本接近，其中HPE吸胶量低，且HPE的价格低于PVC和PET。从表5可知，PET200和HPE180性能较轻木比还是低很多，吸胶后PET压缩和剪切性能均大于HPE180，目前设计已经采用PET200替代轻木。

　　

　　

　　

　　

　　4、结构胶降本技术

　　

　　低密度结构胶目前已经在大叶型中批量应用，叶片厂反馈成本将低约几百元/支，很多厂家也在开发一次粘接合模技术来提高效率，其中西卡结构胶可大幅缩短后固化时间。

　　

　　

　　对于涂料来说，目前采用滚涂工艺减少挥发浪费（喷涂工艺），前缘采用保护漆替代保护膜，单支叶片降本约1000元，后面可根据不同区域环境差异化，对涂层厚度和体系定制化，从而降低成本。

　　

　　

　　除以上提到的主材降本技术，铝合金电缆目前也已经小批量应用在金风叶片上，相比之前铜电缆，单支叶片至少可降本1000元。另外还有很多新材料在开发阶段，由于目前叶片大型化趋势，新材料的更新迭代更加慎重和缓慢，但还需要设计和工艺能将材料的性能发挥到极致，为叶片降本减重打好基础。