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GWBladeTeam:叶片材料降本技术介绍

2022-02-18 来源:GWBladeTeam 浏览数:66

叶片原材料主要由玻纤,树脂,结构胶,芯材(泡沫,balsa),涂料构成,每种材料在叶片中的占比(重量和成本)分布见表1(参照目前某量产叶片数据)。从表1可知,玻纤,树脂及芯材三者相辅相成,三者重量占比达到90%以上,三者成本占比达到87%以上。因此,叶片材料降本应重点从玻纤,树脂及芯材三维度去寻找替代解决方案。

   1,前言
  
  随着2020年风火同价临近,整机降本压力与日俱增。叶片作为整机的重要零部件之一,其成本占到近30%,而叶片中原材料成本占到叶片总成本约70%。因此叶片降本不仅要从设计角度降载减重,也需寻找原材料降本减重替代方案。
  
  叶片原材料主要由玻纤,树脂,结构胶,芯材(泡沫,balsa),涂料构成,每种材料在叶片中的占比(重量和成本)分布见表1(参照目前某量产叶片数据)。从表1可知,玻纤,树脂及芯材三者相辅相成,三者重量占比达到90%以上,三者成本占比达到87%以上。因此,叶片材料降本应重点从玻纤,树脂及芯材三维度去寻找替代解决方案。
  
  
 
  
  2,树脂降本技术
  
  叶片行业发展20多年,目前除LM聚酯叶片外,其它叶片基本都是以环氧树脂为主,近两年环氧树脂受环保和产能的影响,价格波动较大。聚氨酯树脂前期因操作时间短一直没在叶片上应用,科思创通过对其改性,目前聚氨酯树脂已在60m左右叶片上试制,测试,挂机,最长挂机已达1年以上。聚氨酯树脂较环氧树脂成本能降低约10%,由于粘度低,用量也会减少。但受制于水分的影响,目前仅在叶片预制件(叶根,主梁,腹板)中使用,后续全PET叶片会考虑聚氨酯,叶片预计降本约1万元/支。
  
  表2 聚氨酯树脂与环氧性能对比
  
  2,织物降本材料
  
  织物的种类繁多,但目前叶片用量最大的仍然是玻纤织物,无论从性价比还是从产能均可满足叶片产业需求。随着叶片长度不断增加,叶片重量成指数级增加,设计亟需一些高性能玻纤织物来平衡叶片重量增加的幅度。玻纤拉挤,碳玻混织物由于性价比低,目前仍然没有批量使用。近两年巨石E8,重庆国际TMII及泰玻S-1超高模量纱线也开始小批量应用,但价格比常规高模量纱线高约30%,目前在3MW及以上叶型应用较多。金风在原高模织物基础上开发了大克重织物,性能比常规高模量UD1250织物高10%,成本基本不变,目前已在几个新叶型中批量应用,单支叶片降本约1万元(包括节约树脂用量),同时叶片减重约10%。目前几种成熟玻纤产品性能对比见表3。
  
  表3 玻纤类织物性能对比表
  
  3,芯材降本材料
  
  Balsa轻木和PVC泡沫组合应用在叶片上,随着叶片大型化,用量也越来越多。由于轻木天然生长材料,产能和价格波动幅度较大,2019年价格已经上涨50%,但产能缺口仍在30%?50%,原材料厂家也在推进高密度轻木认证和测试工作,比如190kg/m3,230 kg/m3等,高密度轻木需关注对于叶片重量的影响。此外,固瑞特和3A均推出低吸胶轻木,吸胶量大幅下降,后期需在叶片上对其验证。
  
  PET及HPE作为新型绿色泡沫,可以提供不同密度的产品,目前vestas已经采用高密度PET替代轻木并批量应用在壳体。PET目前仍需进口,但国产化PET小批生产并测试中,替代PVC的泡沫性能对比见表4,替代balsa的高密度泡沫性能对比见表5。
  
  从表4可知,HPE100及PET100性能均大于PVC60,吸胶后的密度也基本接近,其中HPE吸胶量低,且HPE的价格低于PVC和PET。从表5可知,PET200和HPE180性能较轻木比还是低很多,吸胶后PET压缩和剪切性能均大于HPE180,目前设计已经采用PET200替代轻木。
  
  
  
  
  4,结构胶降本技术
  
  低密度结构胶目前已经在大叶型中批量应用,叶片厂反馈成本将低约几百元/支,很多厂家也在开发一次粘接合模技术来提高效率,其中西卡结构胶可大幅缩短后固化时间。
  
  5,涂料降本技术
  
  对于涂料来说,目前采用滚涂工艺减少挥发浪费(喷涂工艺),前缘采用保护漆替代保护膜,单支叶片降本约1000元,后面可根据不同区域环境差异化,对涂层厚度和体系定制化,从而降低成本。
  
  6,总结
  
  除以上提到的主材降本技术,铝合金电缆目前也已经小批量应用在金风叶片上,相比之前铜电缆,单支叶片至少可降本1000元。另外还有很多新材料在开发阶段,由于目前叶片大型化趋势,新材料的更新迭代更加慎重和缓慢,但还需要设计和工艺能将材料的性能发挥到极致,为叶片降本减重打好基础。

【延伸阅读】

阅读上文 >> 技术|风力发电机组延寿——直驱永磁发电机内窥镜检查
阅读下文 >> 暂无

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