我国风电市场机遇和玻璃钢风机叶片

    近二十年来，能源格局发生了结构性的变化，可再生能源：水电、太阳能、风能、生物质发电、沼气等开发利用对于保障能源安全，保护生态环境，实现可持续发展具有重要意义。由于风力发电的技术成熟，2000年以后在全发展非常迅速。
    这两年，我国颁布了《可再生能源法》，今年6月国务院审议并原则通过了《可再生能源中长期发展规划》，这对我国风电产业带来强劲东风。从2001年以来，我国风电企业借助欧洲的技术和经验，大力拓展风电场的建设，推进了我国风电设备和技术的提高，尤其05-06两年间，我国风电业和风电市场同步快速成长，年增长率达到了70%，装机容量到06年达到2600兆瓦，排名第六。风电业不仅带来巨大的清洁能源，并且也拉动了我国玻璃钢复合材料的发展。据初步了解，2006年我国风电配套的叶片、机仓罩、机头罩等一系列玻璃钢复合材料制品总量达到了四万多吨。其中合成树脂（环氧、环氧乙烯基酯树脂，不饱和聚脂树脂）和玻璃纤维及其玻纤技术织物分别达到二万多吨，国内叶片市场的年产值超过30亿。玻璃钢复合材料叶片是一个在不断更新、不断完善的受力结构产品，叶片的轻量化、功能化要求将推进我们材料不断向高性能和高技术方面发展。
    一、风力发电―能源新格局
    能源是经济社会发展的重要物质基础，常规能源煤、天然气、石油等燃料消耗量近年来的急剧增长，大量的二氧化碳排放到空气中，对大气带来严重的环境污染，涉及到能源安全和变暖及生态环境的破坏。众所周知，维持人居环境的平衡是由于绿色植物的光合作用消耗二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量基本上保持不变，一般大约稳定在0.03%（体积分数）左右；又因为二氧化碳直接存在于人类、动物、植物生命活动过程中的摄入物和排入物之中，因此，通常不被人们认为是一种大气污染物。近二十年来，工业化的加速发展，温室气体的排放量有增无减。据有关资料报导，美国、新加坡、澳大利亚、加拿大、德国、俄罗斯、日本、欧盟等国已是人均温室气体排放量大的和地区。（附表）

    今年七月，BP公司发布的《BP能源统计2007》显示，2006年煤炭消费增长虽低于2005年，但仍然高于过去10年平均增长率。作为上煤炭消费国，2006年消费量有所减缓，但仍高于平均水平。据有关调查报告指出，种种原因，能够吸收二氧化碳的森林面积在不断减少，草场退化严重，土地荒漠化加剧，致使空气中的二氧化碳含量不断增大。当空气中二氧化碳的体积分数达到1%时，就会使人呼吸加快；达到2%时，就会使人感到轻度不适；达到3%时，有明显的不舒适感；达到4%时，会感到呼吸困难，意识迟钝；达到5%时，会感到难以忍受；达到10%时，可引起窒息，死亡。因此，大气中的二氧化碳污染已危及生命和环境。对此，各国如美国、欧盟、澳大利亚、加拿大等国已把二氧化碳作为大气污染物质对待，这些已相应颁布征收排放碳税和排放标准的指令。欧洲委员会日前提出，到2020年二氧化碳减排20%。
风，作为可再生能源，取之不尽，用之不竭，与天然气发电相比，风能不受价格的影响，石油天然气终会枯竭，而风不会。与煤相比，风能没有污染，不仅如此，风能发电可以减排二氧化碳等有害物。据资料报导，平均每装一台单机容量为1兆瓦的风能发电机，每年可以减排2000吨二氧化碳，10吨二氧化硫，6吨二氧化氮。因此，各国十分关注未来是否能有足够的能源？如何使用能源而又不影响气候。由于风电能源具有建设时间很短，并可提供安全、清洁和经济的电力，因此风力发电在全发展很快。2000年4月德国《可再生能源法》生效，其中重要的内容就是对生产可再生能源实行补贴。这项法律，推动了德国可再生能源的发展。德国已成为风力发电装机容量大的，达到1.84万兆瓦。其后依次是西班牙、美国、印度、丹麦和。迄今为止，欧洲在风力发电领域中占主导地位。据欧洲风能协会提供统计数据，风力发电装机容量已达7.42万兆瓦，其中欧洲为3.4万兆瓦。近几年，风能发电平均以30%以上的速度增长。由于风能技术和设备的不断更新，成本会越来越低。据美国有关风能资料报导，风能发电平均每千瓦时的成本费用在强风区是4美分，弱风区为6美分，但在20世纪80年代每千瓦时的成本为80美分。美国研究人员透露，随着技术设备的改善和来自航天工业的新发电技术支撑，风力发电的成本会大幅降低。国际原油价格上涨，全利用风力发电的越来越多，达到70多个，同时也给风电设备公司带来巨大商机。这个行业正处于重大转变时刻。随着市场的扩大，上著名的传统发电设备厂商日本三菱重工，德国西门子和美国通用电气公司开始生产大型风力发电涡轮机。前10大风电设备公司所产设备占了93.2%。从新装机容量来看，Vestas、Camesa、Enercon、通用，西门子等公司位列前5名，占市场81.5%。全涌现了排名前十位的风电主机公司和叶片制造公司。（附表）[-page-]
    2000年后，风电产业从欧洲吹向、印度、中东地区，这些公司优秀的风电设备和叶片制造技术开始转移到。据有关资料显示，2004年风电设备新增市场份额中，国产设备只占25%，进口占75%； 2005年新增市场份额中进口设备占70%以上；2006年国内风电设备市场60%的需求仍由进口设备满足。这些数据告诉我们，引进国际先进风电技术，促进我国风电产业的集成创新，加快风电设备国产化进程十分紧迫和重要。
    二、国外兆瓦级风机叶片制造技术动向
    风力发电依靠涡轮机完成，其中配套涡轮机的FRP复合材料叶片是重要的零部件，其占整个风电设备成本的20%左右。叶片的设计、选材和工艺又是决定风电装置性能与功率的主要因素，以及风力发电的单位成本。纵观叶片技术的发展趋势，并兼顾风机效能和降低成本两因素，叶片的制作正向大型化发展。单机功率愈大，每KW的发电成本就愈低。因此风电设备都在向兆瓦级大功率和长叶片方向开发。典型的丹麦LM公司是风力发电大的集团，具有25年的生产实践经验。其叶片月产达7000片以上，已在天津设厂。LM公司也是唯一有In-House测试能力的公司，可针对其叶片进行Full-Scale的测试，所有的新设计叶片均可通过20年运转状况的测试才能获准投产。这些测试项目包括静态、动态、雷击测试等，其测试设备中的激光扫描仪，更为叶片提供精确的几何数据。LM公司目前生产长的叶片为61.5m，是长的叶片，重量为17.7吨，材质为环氧基玻纤增强复合材料，叶端等处采用碳纤，已按装在芬兰REpower公司的5MW海上风机上。LM公司叶片制造技术包括多功能机械手铺设玻纤，以提高铺设进度25%；在螺栓的支撑力上进行创新，可增加叶片20%的长度；采用RIM法缩短树脂渗透时间15-20%；以FRP模具取代钢模，实现低成本。可以认为，LM的兆瓦级叶片的设计，制造技术是先进，富竞争力的。
    在叶片设计上，LM公司还在10年前推出了一种新型具有弹性挠度的叶片概念，简称为预弯型叶片。该叶片在叶尖部分向外弯曲，使叶片在转动状态下，甚至处于强风时还能与塔体保持一定距离，避免叶片撞击塔架。预弯型叶片因其许可弯曲量变大，刚度相当，从而材料用量减少，重量减轻，而获取更多的风能。据有关方面透露，这种预弯型叶片与标准型叶片相比，风场在2.6m/秒风速条件下即可起动。LM公司设计的这种预弯型叶片于2004年在申请了发明。另据了解，LM公司与GE公司合作的项目中对开发加长叶片增加电量进行案例分析测定。GE公司用40.3m长的叶片替换了原有1.5MW风机上的37.5m长的叶片，结果标明发电量增加7%，究其原因是其外圆扫风面积比内圆扫风面积增加了14.8%。（附效果图）
    为降低发电成本，除叶片设计外，材料和工艺成型日新月异，通过材料和工艺的选择达到轻量化和功能化，从而提高风能的效能。叶片制造通常经过五个步骤完成：叶