2022风电叶片装备制造技术发展规划及前景分析
机电ZouJunRong2021/11/19
风电叶片制造发展前景前景如何?风电叶片不仅是将风能转化为机械能的重要部件之一，也是获取较高风能利用系数和经济效益的基础。设计、制造以及运行状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率，故有业界专家将之比喻为风机的“灵魂”。随着风机大型化趋势愈发明显，大型风机叶片也被看作是衡量企业技术实力的标志之一，而制造技术前景广阔。
风机叶片是体现风能技术进步的关键风力机组部件，风机叶片产业是伴随着风电产业及风电设备产业的发展而迅速蹿升的。随着国内企业和科研院所的共同努力，中国风机叶片产业的供给能力迅速提升。复合材料风机叶片是风力发电系统的关键动力部件，直接影响着整个系统的性能，要求其具有长期在户外自然环境条件下使用的耐候性，匹配合理的价格。因此，叶片的设计和制造质量水平十分重要，被视为风力发电机系统的关键技术和技术水平代表。
风电叶片是一种高性能的复合材料产品，制造条件要求高，温度要求16C~25C，空气湿度要求低于70%。传统复合材料风力发电机叶片多采用手糊工艺制造。手糊工艺的主要特点在于手工操作、开模成型(成型工艺中树脂和增强纤维需完全暴露于操作环境中)、生产效率低，树脂固化程度(树脂的化学反应程度)往往偏低，适合产品批量较小、质量均匀性要求较低的复合材料制品的生产。因此手糊工艺生产风机叶片的主要缺点是产品质量对工人的操作熟练程度及环境条件依赖性较大，生产效率低，产品质量均匀性波动较大，产品的动静平衡保证性差，废品率较高。特别是对高性能的复杂气动外型和夹芯结构叶片，还往往需要粘接等二次加工，粘接工艺需要粘接平台或型架，以确保粘接面的贴合，生产工艺更加复杂和困难。手糊工艺制造的风力发电机叶片在使用过程中，往往由于工艺过程中的含胶量不均匀、纤维/树脂浸润不良及固化不完全等，引发裂纹、断裂和叶片变形等问题。此外，手糊工艺往往还会伴有大量有害物质和溶剂的释放，有一定的环境污染问题。
据中研普华产业研究院的报告《2022-2027年风电叶片装备制造技术行业市场供需调查与投资潜力研究报告》分析
风力发电机叶片生产制造的工艺流程。首先磨具清洁到位，开始喷涂胶衣，图层厚度600-800微米，铺设车准备铺设玻璃纤维。铺设完毕放置导注网，盖上真空膜开始抽真空(真空压力一般为85%左右)。然后导入聚酯和硬化剂，等待聚酯和硬化剂完全硬化后，开始结膜，检查缺陷，修理打磨结合面。接着开始和模，在结合面打上连接胶，放入叶片主支架，和模完毕。起模后修理叶片表面胶衣，内部修理，最后配重入库。
风力发电机叶片长期处于恶劣环境中不停的运转，这对叶片提出了更高的要求：叶片密度轻且具有最佳的疲劳强度和力学性能，能经受暴风等极端恶劣条件和随机负载的考验。叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲线都正常，传递给整个发电系统的负载稳定性好，不得在风压的作用下折断，也不得在飞车转速以下范围内产生引起整个风力发电机组的强烈共振;叶片的材料必须保证表面光滑以减小风阻，粗糙的表面亦会被风"撕裂"。
目前，全球风电叶片行业具备1000套以上产能的大型企业有十几家。由于受到运输半径制约，产能分布会影响叶片市场竞争格局，地方性厂商受益于地域性优势瓜分了一些区域市场份额。数据显示，国内排名前五的风电叶片企业市场份额已由2011年的10% 增加至2018年的50%。 风电叶片行业发展趋势 2021年，国家能源局要求风电平价上网发电，产业链对于降本增效的需求日益增强。因此，开发出具有放热温度低、低密度、快速建立脱模强度的灌注树脂、轻质高韧的胶粘剂，对于缩短叶片从灌注到合模的整体制程，进而达到降本增效的作用至关重要。风电叶片大型化发展的同时，兼顾整个产业链的成本降低，叶片设计会朝着模块化的趋势发展，在未来产品开发储备上必然要从降本增效来考量。
风电叶片大型化趋势
随着市场对风电叶片的利用效率要求越来越高，风电叶片向大型化发展成为了必然的趋势。在相同长度叶片下，使用玻璃纤维作为增强材料的叶片重量显著大于使用碳纤维作为增强材料的叶片重量，从而影响风电机组的运行性能和转换效率。传统玻璃纤维制成的复合材料已经逐渐暴露出了一定缺点, 例如弹性模量和层间剪切强度比较低, 长期耐温性差容易老化, 特别是材料的质量密度还比较大随着发电机组向大型化发展风机的叶片长度不断增加, 越来越重的叶片对发电机和塔座也提出了更苛刻的要求。 相同叶片长度下, 采用碳纤维复合材料制作的重量远远低于玻璃纤维复合材料制作的重量。叶片质量的减小和刚度的增加, 可以有效改善叶片的空气动力学性能, 降低叶片对机塔和轮轴的负载，风机的输出功率更平滑更均衡、运行效率更高，更有利于风机的风力收集。
技术发展趋势上，风电叶片未来将会着重于产品容量逐渐提升，无论是陆上风电与海上风电均会向大型化发展。现阶段风力发电机主流容量为2~4MW，未来小容量风力机将逐步淡出市场，朝向大型化风力机发展。风力机大型化的优点为对于风场土地利用效率大幅增加，缺点为单位建置成本将小幅上升。
未来行业市场投资前景如何?想要了解更多行业详情分析，可以点击查看中研普华研究报告《2022-2027年风电叶片装备制造技术行业市场供需调查与投资潜力研究报告》。
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