GWBladeTeam：葉片材料降本技術介紹

　　

　　隨著2020年風火同價臨近，整機降本壓力與日俱增。葉片作為整機的重要零部件之一，其成本占到近30%，而葉片中原材料成本占到葉片總成本約70%。因此葉片降本不僅要從設計角度降載減重，也需尋找原材料降本減重替代方案。

　　

　　葉片原材料主要由玻纖、樹脂、結構膠、芯材（泡沫、balsa）、涂料構成，每種材料在葉片中的占比（重量和成本）分布見表1（參照目前某量產葉片數據）。從表1可知，玻纖、樹脂及芯材三者相輔相成，三者重量占比達到90%以上，三者成本占比達到87%以上。因此，葉片材料降本應重點從玻纖、樹脂及芯材三維度去尋找替代解決方案。

　　

　　

 

　　

　　2、樹脂降本技術

　　

　　葉片行業發展20多年，目前除LM聚酯葉片外，其它葉片基本都是以環氧樹脂為主，近兩年環氧樹脂受環保和產能的影響，價格波動較大。聚氨酯樹脂前期因操作時間短一直沒在葉片上應用，科思創通過對其改性，目前聚氨酯樹脂已在60m左右葉片上試制、測試、掛機，最長掛機已達1年以上。聚氨酯樹脂較環氧樹脂成本能降低約10%，由于粘度低，用量也會減少。但受制于水分的影響，目前僅在葉片預制件（葉根、主梁、腹板）中使用，后續全PET葉片會考慮聚氨酯，葉片預計降本約1萬元/支。

　　

　　表2 聚氨酯樹脂與環氧性能對比

　　

　　2、織物降本材料

　　

　　織物的種類繁多，但目前葉片用量最大的仍然是玻纖織物，無論從性價比還是從產能均可滿足葉片產業需求。隨著葉片長度不斷增加，葉片重量成指數級增加，設計亟需一些高性能玻纖織物來平衡葉片重量增加的幅度。玻纖拉擠、碳?；炜椢镉捎谛詢r比低，目前仍然沒有批量使用。近兩年巨石E8、重慶國際TMII及泰玻S-1超高模量紗線也開始小批量應用，但價格比常規高模量紗線高約30%，目前在3MW及以上葉型應用較多。金風在原高?？椢锘A上開發了大克重織物，性能比常規高模量UD1250織物高10%，成本基本不變，目前已在幾個新葉型中批量應用，單支葉片降本約1萬元（包括節約樹脂用量），同時葉片減重約10%。目前幾種成熟玻纖產品性能對比見表3。

　　

　　表3 玻纖類織物性能對比表

　　

　　3、芯材降本材料

　　

　　Balsa輕木和PVC泡沫組合應用在葉片上，隨著葉片大型化，用量也越來越多。由于輕木天然生長材料，產能和價格波動幅度較大，2019年價格已經上漲50%，但產能缺口仍在30%?50%，原材料廠家也在推進高密度輕木認證和測試工作，比如190kg/m3,230 kg/m3等，高密度輕木需關注對于葉片重量的影響。此外，固瑞特和3A均推出低吸膠輕木，吸膠量大幅下降，后期需在葉片上對其驗證。

　　

　　PET及HPE作為新型綠色泡沫，可以提供不同密度的產品，目前vestas已經采用高密度PET替代輕木并批量應用在殼體。PET目前仍需進口，但國產化PET小批生產并測試中，替代PVC的泡沫性能對比見表4，替代balsa的高密度泡沫性能對比見表5。

　　

　　從表4可知，HPE100及PET100性能均大于PVC60，吸膠后的密度也基本接近，其中HPE吸膠量低，且HPE的價格低于PVC和PET。從表5可知，PET200和HPE180性能較輕木比還是低很多，吸膠后PET壓縮和剪切性能均大于HPE180，目前設計已經采用PET200替代輕木。

　　

　　

　　

　　

　　4、結構膠降本技術

　　

　　低密度結構膠目前已經在大葉型中批量應用，葉片廠反饋成本將低約幾百元/支，很多廠家也在開發一次粘接合模技術來提高效率，其中西卡結構膠可大幅縮短后固化時間。

　　

　　

　　對于涂料來說，目前采用滾涂工藝減少揮發浪費（噴涂工藝），前緣采用保護漆替代保護膜，單支葉片降本約1000元，后面可根據不同區域環境差異化，對涂層厚度和體系定制化，從而降低成本。

　　

　　

　　除以上提到的主材降本技術，鋁合金電纜目前也已經小批量應用在金風葉片上，相比之前銅電纜，單支葉片至少可降本1000元。另外還有很多新材料在開發階段，由于目前葉片大型化趨勢，新材料的更新迭代更加慎重和緩慢，但還需要設計和工藝能將材料的性能發揮到極致，為葉片降本減重打好基礎。