材料瓶颈尚未突破

近日，国家软科学计划项目《若干重点产业技术创新政策研究——半导体照明、风电》最新研究报告指出，低端产品产能过剩，缺少具有竞争力的高端产品将使国内风机叶片生产企业在2012年面临新的挑战。

“叶片是风机设备的核心部件之一，从零部件价值量的角度来看，叶片的价值量最大，造价约占整个设备的25%；同时，风机叶片产业是风电机组部件中确定性较高、市场容量较大、盈利模式清晰的复合材料行业。”浙江联洋复合材料有限公司总经理蔡正杰表示。

然而，我国风力发电机叶片生产企业的技术来自国外，依据国外的标准组织生产，原材料从国外进口，企业没有自主研发创新的积极性。在叶片的试验开发、设计制造、生产工艺、模具装备中的许多关键技术中国并未掌握。看似热闹的中国风电制造产业，背后暗藏隐忧。

碳纤维优势渐显

“风机叶片材料的强度和刚度是决定风力发电机组性能优劣的关键。玻璃钢叶片材料因为重量轻、比强度高、可设计性强、价格比较便宜等因素，成为大中型风机叶片材料的首选。然而，随着风机叶片朝着超大型化和轻量化的方向发展，玻璃钢复合材料开始达到其使用性能的极限，碳纤维维复合材料（CFRP）逐渐开始应用到超大型风机叶片中。”中国不饱和聚酯树脂行业协会副秘书长赵鸿汉秘书长说。

据悉，叶片是风力机的关键部件之一，涉及气动、复合材料结构、工艺等领域。叶片的长度和风机的功率成正比，风机功率越大，叶片越长。“为了保证在极端风载下叶尖不碰塔架，叶片必须具有足够的刚度。减轻叶片的重量，又要满足强度与刚度要求，有效的办法是采用碳纤维增强。”东华大学纺织学院的专家罗永康表示，根据国外有关资料报道，当风力机超过3MW、叶片长度超过40米时，在叶片制造时采用碳纤维已成为必要的选择。事实上，当叶片超过一定尺寸后，碳纤维叶片反而比玻纤叶片便宜，因为材料用量、劳动力、运输和安装成本等都下降了。

事实上，尽管国内已经生产出50多米的碳纤维复合材料叶片，但是质量可靠性尚未经过严格的测试和时间的检验。国内主流、较成熟的产品仍然是以30～40米左右的玻璃纤维复合材料叶片为主。2011年我国发生近10起风电事故，国内整机制造的前5名企业几乎都未能幸免。“倒机是风电发展中最严重事故。”中国风能协会副理事长施鹏飞说。据了解，风机出现的质量问题还包括风机叶片、主轴断裂等。

“在越来越严格的质量要求下，相信碳纤维将会在风机制造中得到更多的应用。”一位业内人士认为，目前国内的风机生产厂商，普遍遵循的是国际电工委员会（IEC）的标准和德国劳埃德船级社标准（GL），但针对风机生产，并无“中国标准”。国内的《风电并网技术标准》是针对风电上网而制定的，对机械部件的装备工艺、密封设计、抗冲击力等也并无详细规定。

优利康达（天津）科技有限公司的专家樊中力认为，相比玻纤，碳纤维在风电叶片中应用的优势主要体现在以下三个方面：首先是提高叶片刚度，减轻叶片重量。碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%，尤其是模量高3至8倍。其次是提高叶片抗疲劳性能。相关研究表明，碳纤维合成材料具有出众的抗疲劳特性，当与树脂材料混合时，则成为风力机适应恶劣气候条件的最佳材料之一。再次是使风机的输出功率更平滑更均衡，提高风能利用效率。使用碳纤维后，叶片重量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑和更均衡，提高能量效率。

核心技术落后西方

“风机叶片制造工艺的差距，其本质就是中国复合材料尤其是玻璃纤维、碳纤维工业和西方的差距。”赵鸿汉认为。“目前，我国已建和拟在建的碳纤维产能已达到7～8万吨／年，其中已建成的产能为5000吨。然而2010的产量却只有千吨左右，而且部分产品质量水平连T300级都达不到，每年8000～9000吨的需求量大部分要依靠进口。”业内专家不无担忧地表示，大量生产线出现“趴窝”现象的背后，反映了我国碳纤维目前真实的技术现状。

国家新材料产业发展战略咨询委员会副秘书长李克健曾表示：“经过近年的攻关，我国在一些碳纤维应用领域已经不再受制于人，但整体技术水平仍然相对落后。由于碳纤维制造技术被日本、美国等专利覆盖，我国企业缺乏核心自主知识产权的技术支撑，尚未全面掌握完整的碳纤维制造核心关键技术。”

据中科院山西煤化所碳纤维制备技术国家工程实验室主任吕春祥介绍：“目前，日本东丽公司的系列化聚丙烯腈基碳纤维最具代表性，其产品主要分为T、M、MJ三个系列，每个系列又有不同型号，远远领先于世界平均水平。日本在1984年就生产出了T700级产品，我国碳纤维研发和产业化技术已经落后20~25年，目前该产业仍然处于培育阶段。”吕春祥补充说，我国高性能碳纤维基本处于空白，目前国内只有相当于或者次于T300级碳纤维的产品，T700级碳纤维尚处于工程化研究阶段，T800、MJ系列碳纤维尚在攻关，而且牌号、规格单一。目前国内以3k（每束3000根）、12k的T300级碳纤维为主打产品，许多低端产品毛丝多，性能指标不稳定，通用性差。与此同时，国外单线最大产能已达1800吨（12k），生产效率高。相比之下，我国生产技术和设备规模均有较大差距，因此成本差异很大，导致我国碳纤维产品没有市场竞争力。