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降本、减重与回收:平价低风速叶片技术的未来
举报2021-02-02 15:26:18 来源:球哥看风

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作为风力发电机组最大的部件,叶片一直是风电关注的重点,无论是尺寸,还是成本,都是风机研发与制造的难题。


时间已经来到2021年,从2004年的GE第一台兆瓦级风机(1.5MW,37m叶片长度)进入中国市场以来,叶片长度已经突破91m(国内海上叶片),单支叶片的重量从5吨突破了30吨,价格从过去的100元/kg已经跌至50元/kg以内(按2007年的叶片采购价格和2020年的叶片采购价格与重量折算),长度翻倍,价格腰斩,碳纤维也开始小批量的应用海上风机叶片,理论上说叶片的技术进步和成本控制相对风机而言走在了主机前面。


平价低风速时代给叶片提出了新挑战


2020年下半年,大基地风机的价格4-5MW单位千瓦造价已经突破了2700元,陆上叶片长度也突破了80m,技术的进步进一步扩大了风电的风速开发下限。2021年,风电的补贴政策到期,现有较好资源风电场开发殆尽,从风资源的开发难度来看,风速越来越低,叶轮直径越来越大,重量越来越重,当前南北风电场的平价和风速来分析,单位千瓦造价还需持续降低(北方需要降低到4500元/kw,南方需要降低到6000元/kw),至少20%以上方能满足当前电力企业的投资收益底线,单从叶片的单位重量和原材料价格来看,降本难度不大,问题在于叶片的长度越大,面临着运输的极大挑战。


叶片越长,运输难度越大:无论南北,现在的大叶片运输由于长度超长,都要采用二次倒运,对于平原而言只要解决光缆,电网等低空限制就可以,对于南方山地风电场,穿村过寨就是转运车已经无法解决。一方面叶片长度过大,导致叶片扬空力矩过大,在爬坡过程中容易出现运输事故,实际在现有的运输已经在各地多次发生类似事故。一方面,运输成本大幅增加,问题在于二次倒运的运输距离越来越长,下了高速公路就必须倒运,成本逐年增加,单位千瓦的运输费用已经超过100元/kw。


降本的核心在于减重


未来平价风电的核心在单位千瓦造价的降低。无论3060如何发展,绿色能源的前提的绿色发展,总体而言生态林业等非技术成本将逐步增加,随着低风速风电的开发建设难度增加,建安成本也会逐步增加,降本的压力无疑就落在了主机身上,成本占到20%以上的叶片,无疑是降本重点。


减重是降本的首要措施。减重的措施有两个,一个是设计减重,这个需要长时间的试验与经验来保证,一个是采用新的材料,碳纤维无疑是首选,尽管当前的碳纤维价格已经国产化并规模应用,但是目前国产碳纤维的大丝束品类下降到140元/kg(最低110元/kg),我和行业专家沟通交流指出,碳纤维的价格需要下降到60元/kg才有应用的可行性,从这个角度来看,碳纤维的应用还需要一段时间,降价空间还要50%,难度很大。


分段式:降低非技术成本也是未来趋势之一


我多次谈到了分段式叶片,最近和叶片圈内的专家进行了交流,分段式叶片的未来技术发展趋势是必然,但是现阶段的应用成本还比较高。2020年,GE宣布陆上的6MW风机将采用分段式叶片,显然GE旗下的LM已经解决了这个难题,当然,这个叶片需要承受很高的成本压力,从这个角度分析,只有更长的叶片,更大的单机容量,方能消耗增加的绝对数量成本。国内我也了解到至少有2-3家主机厂开始了分段式叶片的开发,有的并已经装机,当然据了解成本很高。


分段式叶片的技术难度很大。从我们了解的情况来看,分段部位很难取舍,在根端便于后期运维,人员操作空间大(尺寸规格施工人员可以进入叶片操作),但叶片的根端力矩加大,不利于叶片的重心分布;如果在靠近叶尖分段,后期运维难度大。还有包括复合材料与金属连接件的界面应力腐蚀、金属连接件的材料选择都是问题,


个人认为,分段式难度很大,但必须要开发,有限的资源如何开发,叶片是核心,一方面碳纤维的应用越来越广,材料价格会持续下降,这对未来的叶片发展都是利好信息。


叶片回收:已经到了必须解决的节点


单从2004年的兆瓦级风机批量使用,未来3年就会退役,每年几十万吨叶片就会陆续落地,如何处理,我曾经多次撰文和大家分享,但目前实际还是粗放式的回收简单处理,国外也有报道有一些处理模式,但实际上都是实验室阶段,对于未来可能每年近百万吨的叶片后处理,需要找到合适的解决方案,近期我也和很多的专家进行了交流,提出了叶片后处理进入建材体系处理方案。


随着砂石料建材因为生态环保的限制,天然开采已经逐步收缩,高铁,高速公路,基础设施的填料已经成为建筑行业的头痛问题,砂石料的价格已经部分区域翻几番,如叶片的后处理通过技术创新成为建材填料,将是一举多得的好事,一个找到了叶片处理后的消纳方案,一个是解决了部分建材缺乏的问题,同时这也是一个长期持续的过程。


作为风电的发动机,叶片的技术发展和成本从来都是风电产业发展的核心,如何实现叶片的可持续发展也是实现绿色能源发展的重要手段,平价,低风速,生态环保的压力,给叶片的产业发展提出更高的要求,但这也将进一步推进叶片技术的创新,最终实现风电的良性循环发展。

 

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