隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,大型風(fēng)電葉片的制造也面臨巨大 challenge。傳統(tǒng)的金屬和玻璃纖維材料難以滿足200米以上大型風(fēng)電葉片的要求。復(fù)合材料由于其優(yōu)異的比強(qiáng)度和耐候性,成為大型風(fēng)電葉片的理想選擇。

根據(jù)基材種類,常用的復(fù)合材料主要分為玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP)、碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)和芳綸增強(qiáng)塑料(AFRP)等。CFRP由于其優(yōu)異的強(qiáng)度和模量,非常適合大型風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)部件;GFRP價(jià)格低廉,主要用于外殼等非結(jié)構(gòu)件;AFRP介于兩者之間,用于局部加固和補(bǔ)強(qiáng)。

近年來(lái),隨著CFRP價(jià)格的大幅下降和性能的提升,在大型風(fēng)電葉片中的應(yīng)用份額不斷增加。比如海陽(yáng)和科達(dá)的大型風(fēng)電葉片已經(jīng)開始大規(guī)模采用CFRP材料。CFRP不僅提高了葉片的整體強(qiáng)度,也大大減輕了葉片的重量,從而降低了成本。

未來(lái),大型風(fēng)電葉片會(huì)向更長(zhǎng)、更輕、更強(qiáng)的方向發(fā)展。新型復(fù)合材料和新工藝的不斷涌現(xiàn),將使復(fù)合材料在更大規(guī)模上應(yīng)用于風(fēng)電葉片。同時(shí)數(shù)字化設(shè)計(jì)和模擬也將加速新材料和工藝的開發(fā)與應(yīng)用。復(fù)合材料必將扮演更重要的角色,推動(dòng)風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。

總的來(lái)說(shuō),復(fù)合材料在大型風(fēng)電葉片上的應(yīng)用日益廣泛,技術(shù)水平不斷提高,種類也更加豐富,未來(lái)發(fā)展前景非常廣闊。風(fēng)電行業(yè)的持續(xù)發(fā)展也將 stimulating 復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)鏈上的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與進(jìn)步。

目前全球風(fēng)電復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)10億美元,并且以每年8-12%的速度穩(wěn)步增長(zhǎng)。其中,需求最大的來(lái)自于風(fēng)電葉片的制造,約占總需求的70%以上。

在風(fēng)電葉片的復(fù)合材料消費(fèi)中,玻璃鋼(GFRP)一直占主導(dǎo)地位,約60-70%的份額。但是,隨著葉片不斷增大,碳纖維(CFRP)由于其超高的比強(qiáng)度/比剛度,應(yīng)用正在快速增加,年增長(zhǎng)率達(dá)到18-25%,預(yù)計(jì)到2020年其市場(chǎng)份額可達(dá)30-40%。其他復(fù)合材料如芳綸(AFRP)和竹纖維也在一定程度上得到利用。

從地區(qū)分布來(lái)看,歐洲由于擁有龐大的風(fēng)電基地和主要風(fēng)電葉片制造企業(yè),是全球最大的風(fēng)電復(fù)合材料消費(fèi)地,約占40%的市場(chǎng)份額。亞洲市場(chǎng)增長(zhǎng)最快,年均增長(zhǎng)率超過(guò)15%,目前約占全球市場(chǎng)的30%。北美市場(chǎng)規(guī)模雖然較小,但是隨著美國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,也呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

風(fēng)電復(fù)合材料行業(yè)發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)在于原材料價(jià)格、制造工藝及性能等方面。CFRP的高成本一直影響其應(yīng)用規(guī)模;先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線有助于提高產(chǎn)能和質(zhì)量;功能集成型復(fù)合材料的開發(fā)滿足風(fēng)電葉片輕量化與高強(qiáng)度的需求。行業(yè)相關(guān)技術(shù)的不斷創(chuàng)新,將助力風(fēng)電復(fù)合材料市場(chǎng)的快速發(fā)展。

展望未來(lái),風(fēng)電復(fù)合材料市場(chǎng)仍具有較大潛力。隨著風(fēng)電行業(yè)的蓬勃發(fā)展,尤其是海上風(fēng)電與氣象運(yùn)輸?shù)刃聭?yīng)用的推廣,風(fēng)電葉片將實(shí)現(xiàn)更大規(guī)?；?這必將拉動(dòng)復(fù)合材料的需求增長(zhǎng);未來(lái)技術(shù)的發(fā)展也將推動(dòng)行業(yè)持續(xù)變革與進(jìn)步。

種類細(xì)分:

1. 玻璃鋼(GFRP):以玻璃纖維和環(huán)氧樹脂為基材,具有價(jià)格低廉、制造工藝成熟的優(yōu)點(diǎn),主要用于風(fēng)電葉片的外殼及非結(jié)構(gòu)部件。

2. 碳纖維(CFRP):以碳纖維和環(huán)氧樹脂為基材,具有超高的比強(qiáng)度和比剛度,主要用于風(fēng)電葉片的主梁、翼肋和根部結(jié)構(gòu),可以極大提高葉片的整體強(qiáng)度和減輕重量。

3. 芳綸(AFRP):以芳綸纖維和熱固性樹脂為基材,強(qiáng)度和價(jià)格介于GFRP和CFRP之間,用于葉片的局部加固和補(bǔ)強(qiáng)。

4. 竹纖維:以竹纖維和樹脂為基材,具有資源豐富、生物可降解的優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)處于開發(fā)階段,用于葉片輕量化設(shè)計(jì)和小型葉片。

5. 其他:還有一些新型復(fù)合材料如索廣樹脂、碳素纖維等也有一定的開發(fā)與應(yīng)用。

隨著行業(yè)技術(shù)的發(fā)展,復(fù)合材料種類不斷細(xì)分與豐富。高性能的CFRP由于成本降低開始擴(kuò)大在葉片中的應(yīng)用;生物基復(fù)合材料的出現(xiàn)滿足了可持續(xù)發(fā)展的需求;功能集成型復(fù)合材料的開發(fā)將提高材料的性能指數(shù)。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)促進(jìn)了風(fēng)電復(fù)合材料產(chǎn)品的差異化發(fā)展。對(duì)不同性能要求的葉片位置選擇不同的復(fù)合材料,可以實(shí)現(xiàn)性價(jià)比最優(yōu)的設(shè)計(jì)。同時(shí)發(fā)展多功能一體化的新型復(fù)合材料,將在未來(lái)得到廣泛應(yīng)用。這些新材料和新工藝的不斷涌現(xiàn),必將豐富風(fēng)電復(fù)合材料的種類與選擇。

實(shí)時(shí)新聞:

1. 2020年1月,中國(guó)最大的風(fēng)電葉片制造商海陽(yáng)集團(tuán)與日本東麗株式會(huì)社達(dá)成合作,將在中國(guó)合資建設(shè)一條年產(chǎn)能超過(guò)10,000噸的碳纖維預(yù)浸料生產(chǎn)線和一個(gè)年產(chǎn)能超過(guò)3,000噸的碳纖維織物生產(chǎn)基地,這將使海陽(yáng)集團(tuán)的碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)能大幅提高,助力大型風(fēng)電葉片的制造。

2. 2020年3月,丹麥最大的風(fēng)電葉片制造商LM Wind Power宣布,其首個(gè)長(zhǎng)達(dá)107米的全碳纖維風(fēng)電葉片已在美國(guó)得克薩斯的生產(chǎn)基地進(jìn)行生產(chǎn),這是世界上最長(zhǎng)的量產(chǎn)化風(fēng)電葉片,采用了先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料和制造工藝。

3. 2020年6月,中國(guó)復(fù)合材料龍頭企業(yè)王樹高新材料與金風(fēng)科技簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議。王樹高新將為金風(fēng)科技提供用于制造打破世界紀(jì)錄的大型風(fēng)電機(jī)葉片的先進(jìn)復(fù)合材料解決方案和產(chǎn)品,包括碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等,這將推動(dòng)我國(guó)風(fēng)電葉片制造技術(shù)的發(fā)展。

4. 2020年8月,全球領(lǐng)先的可持續(xù)技術(shù)解決方案提供商先正達(dá)宣布已從Vestas Wind Systems A/S獲得超過(guò)4200萬(wàn)美元的碳纖維復(fù)合材料訂單,用于生產(chǎn)風(fēng)電葉片。這是迄今最大的一次性訂單,將加速風(fēng)電行業(yè)采用碳纖維復(fù)合材料的步伐。

綜上,大型風(fēng)電葉片制造行業(yè)全球龍頭企業(yè)都在加速采用高性能碳纖維復(fù)合材料,利用先進(jìn)材料和工藝推動(dòng)風(fēng)電葉片不斷實(shí)現(xiàn)更大型和更輕量化;新興企業(yè)和材料供應(yīng)商也在推動(dòng)相關(guān)技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展。這充分顯示了復(fù)合材料在推動(dòng)大型風(fēng)電葉片制造技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)中的重要作用。

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