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从0到数万吨,碳纤维是如何搭上风电快车的?

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-03-10   来源:复合材料社区  浏览次数:231
核心提示:中国碳纤维需求增加是全球碳纤维需求持续增长的重要因素。2018 年,中国碳纤维需求量为 3.1 万吨(不同机构预测略有不同,但都保持了高增速)。在过去十年间,保持了 14%左右的复合增长率,并在最近 3 年呈现加速增长的态势。
  一、VESTAS的创新设计打开碳纤维应用大门
 
  目前,风电叶片大梁主要采用的三种制造工艺生产:
 

 
  过去主要是工艺1、2,效率低、成本高。按这样的材料与工艺,只有40米以上的风电叶片(即风轮直径80米,功率1.8兆瓦以上)使用碳纤维替代玻璃纤维才可能被用户接受。而在VESTAS新的结构工艺下,工艺3拉挤成型碳梁应用前景广阔。
 
  VESTAS通过创新设计将主梁承力结构分拆为可装配的拉挤梁片标准件。VESTAS是全球领先的风电设备制造巨头。该公司在大梁结构上采用了革命性的创新设计:把整体化成型的主梁主体受力部分拆分为高效低成本高质量的拉挤梁片标准件。然后把这些标准件一次组装整体成型。
 
  高效、低成本、高质量的碳纤维拉挤梁片工艺,使得碳纤维使用成本大幅降低。VESTAS这种用新设计和新工艺制造的碳纤维主梁,完成技术攻关后,碳纤维在风电领域的使用量进入快速增长。以中国为例:2014年风电领域的碳纤维用量还是0,到2018年就激增到8000吨。
 
  二、风轮直径扩大增加碳纤维在风电领域应用
 
  根据GE的分析结果,到2025年风轮直径将从现在的100m扩大到160m,IEA的分析也可以得出类似的结论。由此可见,为了提高风机效率,满足更广泛的风场条件,现在业界已经形成共识:风轮直径扩大是风电未来的发展趋势。
 
  风轮直径扩大,必然导致叶片刚度下降,更加容易变形。如何在一定控制质量的前提下,提高叶片刚度,是风电叶片设计必须要考虑的问题。碳纤维(主要是大丝束碳纤维)作为质量轻、强度高、模量高的新型材料在风电叶片领域的应用必将进一步提升。
 
  风轮直径扩大是风电未来趋势:
 

 
  风塔增高是风轮直径扩大的必然结果:
 

 
  三、中国需求日益重要,进口替代正在进行
 

 
  中国碳纤维需求增加是全球碳纤维需求持续增长的重要因素。2018年,中国碳纤维需求量为3.1万吨(不同机构预测略有不同,但都保持了高增速)。在过去十年间,保持了14%左右的复合增长率,并在最近3年呈现加速增长的态势。