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    GWBladeTeam:葉片材料降本技術介紹

    2022-02-18 來源:GWBladeTeam 瀏覽數:910

    葉片原材料主要由玻纖、樹脂、結構膠、芯材(泡沫、balsa)、涂料構成,每種材料在葉片中的占比(重量和成本)分布見表1(參照目前某量產葉片數據)。從表1可知,玻纖、樹脂及芯材三者相輔相成,三者重量占比達到90%以上,三者成本占比達到87%以上。因此,葉片材料降本應重點從玻纖、樹脂及芯材三維度去尋找替代解決方案。

       1、前言
      
      隨著2020年風火同價臨近,整機降本壓力與日俱增。葉片作為整機的重要零部件之一,其成本占到近30%,而葉片中原材料成本占到葉片總成本約70%。因此葉片降本不僅要從設計角度降載減重,也需尋找原材料降本減重替代方案。
      
      葉片原材料主要由玻纖、樹脂、結構膠、芯材(泡沫、balsa)、涂料構成,每種材料在葉片中的占比(重量和成本)分布見表1(參照目前某量產葉片數據)。從表1可知,玻纖、樹脂及芯材三者相輔相成,三者重量占比達到90%以上,三者成本占比達到87%以上。因此,葉片材料降本應重點從玻纖、樹脂及芯材三維度去尋找替代解決方案。
      
      
     
      
      2、樹脂降本技術
      
      葉片行業發展20多年,目前除LM聚酯葉片外,其它葉片基本都是以環氧樹脂為主,近兩年環氧樹脂受環保和產能的影響,價格波動較大。聚氨酯樹脂前期因操作時間短一直沒在葉片上應用,科思創通過對其改性,目前聚氨酯樹脂已在60m左右葉片上試制、測試、掛機,最長掛機已達1年以上。聚氨酯樹脂較環氧樹脂成本能降低約10%,由于粘度低,用量也會減少。但受制于水分的影響,目前僅在葉片預制件(葉根、主梁、腹板)中使用,后續全PET葉片會考慮聚氨酯,葉片預計降本約1萬元/支。
      
      表2 聚氨酯樹脂與環氧性能對比
      
      2、織物降本材料
      
      織物的種類繁多,但目前葉片用量最大的仍然是玻纖織物,無論從性價比還是從產能均可滿足葉片產業需求。隨著葉片長度不斷增加,葉片重量成指數級增加,設計亟需一些高性能玻纖織物來平衡葉片重量增加的幅度。玻纖拉擠、碳?;炜椢镉捎谛詢r比低,目前仍然沒有批量使用。近兩年巨石E8、重慶國際TMII及泰玻S-1超高模量紗線也開始小批量應用,但價格比常規高模量紗線高約30%,目前在3MW及以上葉型應用較多。金風在原高??椢锘A上開發了大克重織物,性能比常規高模量UD1250織物高10%,成本基本不變,目前已在幾個新葉型中批量應用,單支葉片降本約1萬元(包括節約樹脂用量),同時葉片減重約10%。目前幾種成熟玻纖產品性能對比見表3。
      
      表3 玻纖類織物性能對比表
      
      3、芯材降本材料
      
      Balsa輕木和PVC泡沫組合應用在葉片上,隨著葉片大型化,用量也越來越多。由于輕木天然生長材料,產能和價格波動幅度較大,2019年價格已經上漲50%,但產能缺口仍在30%?50%,原材料廠家也在推進高密度輕木認證和測試工作,比如190kg/m3,230 kg/m3等,高密度輕木需關注對于葉片重量的影響。此外,固瑞特和3A均推出低吸膠輕木,吸膠量大幅下降,后期需在葉片上對其驗證。
      
      PET及HPE作為新型綠色泡沫,可以提供不同密度的產品,目前vestas已經采用高密度PET替代輕木并批量應用在殼體。PET目前仍需進口,但國產化PET小批生產并測試中,替代PVC的泡沫性能對比見表4,替代balsa的高密度泡沫性能對比見表5。
      
      從表4可知,HPE100及PET100性能均大于PVC60,吸膠后的密度也基本接近,其中HPE吸膠量低,且HPE的價格低于PVC和PET。從表5可知,PET200和HPE180性能較輕木比還是低很多,吸膠后PET壓縮和剪切性能均大于HPE180,目前設計已經采用PET200替代輕木。
      
      
      
      
      4、結構膠降本技術
      
      低密度結構膠目前已經在大葉型中批量應用,葉片廠反饋成本將低約幾百元/支,很多廠家也在開發一次粘接合模技術來提高效率,其中西卡結構膠可大幅縮短后固化時間。
      
      5、涂料降本技術
      
      對于涂料來說,目前采用滾涂工藝減少揮發浪費(噴涂工藝),前緣采用保護漆替代保護膜,單支葉片降本約1000元,后面可根據不同區域環境差異化,對涂層厚度和體系定制化,從而降低成本。
      
      6、總結
      
      除以上提到的主材降本技術,鋁合金電纜目前也已經小批量應用在金風葉片上,相比之前銅電纜,單支葉片至少可降本1000元。另外還有很多新材料在開發階段,由于目前葉片大型化趨勢,新材料的更新迭代更加慎重和緩慢,但還需要設計和工藝能將材料的性能發揮到極致,為葉片降本減重打好基礎。

    【延伸閱讀】

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