北極星風力發(fā)電網(wǎng)獲悉，從2008年我國第一片38米長的兆瓦級風電葉片下線，到2022年12月全球最長葉輪直徑260米海上抗臺葉片下線，不足15年時間國內(nèi)風電葉片長度增長近3倍之多。近年來，圍繞風電葉片的技術(shù)創(chuàng)新此起彼伏，在大型化、材料、設計生產(chǎn)等領域?qū)耀@突破，技術(shù)的跨越使葉片無論從長度還是性能都獲得了前所未有的提升。

在這個過程中，國內(nèi)風電葉片產(chǎn)業(yè)的技術(shù)格局也悄然變化。在產(chǎn)業(yè)降本增效壓力，以及高質(zhì)量發(fā)展需求下，由風電整機企業(yè)主導的技術(shù)與材料創(chuàng)新，橫向刷新著風電葉片的長度，縱向刷新著葉片成本與設計能力，成為引領國內(nèi)風電葉片技術(shù)變革的中堅力量，加快風電產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新速度。

長度突破

在國內(nèi)大兆瓦機組的持續(xù)迭代下，為了捕獲更多的風能，大葉片需求陡增。另一方面，大功率風機是風電降本的主要手段，作為風機三大關(guān)鍵部件之一，大葉片自然也成為配合整機技術(shù)進步、推動風電成本下降的必要技術(shù)創(chuàng)新手段。

可以說，步入平價后的2021-2022年是我國葉片技術(shù)迭代最具代表性的階段。在這兩年的時間內(nèi)，我國海上風電風電葉片不但快速進入百米時代，更是問鼎全球葉片最長記錄。

據(jù)北極星風力發(fā)電網(wǎng)不完全統(tǒng)計，2021-2022年間幾乎每隔2-3個月就會出現(xiàn)一次葉片長度的刷新。

一直以來，我國風電葉片市場格局相對穩(wěn)定。截止2020年底，我國有風電葉片產(chǎn)出的企業(yè)約20家，中材科技、時代新材、中復連眾、雙瑞風電等以原材料起家并深耕風電葉片的龍頭企業(yè)位居市場前列，以東方風電、明陽智能、三一重能等整機商子公司為代表的葉片企業(yè)獨具供應鏈優(yōu)勢，以及天順風能、艾朗科技等民營企業(yè)也不逞多讓，盤踞市場第二梯隊。

但一個現(xiàn)象在近幾年的發(fā)展中愈發(fā)明顯。隨著整機技術(shù)的差異化競爭，為了更好地與整機設計匹配，葉片研發(fā)設計的主動權(quán)和引導權(quán)逐步由材料葉片企業(yè)過度到整機企業(yè)，以至于2021-2022年間，行業(yè)所看到的葉片技術(shù)突破絕大部分由整機企業(yè)主導實現(xiàn)，一定程度上體現(xiàn)了葉片技術(shù)引領格局的變化。

當然，大葉片也為產(chǎn)業(yè)各方帶來諸多挑戰(zhàn)，在葉片大型化趨勢下，葉片的載荷和重量不斷增大，其必然導致的后果就是需要更加強力的傳動系統(tǒng)和塔筒支撐，這使得風電整體造價提升、甚至運行不穩(wěn)定因素增加。

因此，對于制造企業(yè)來說，技術(shù)的投入和發(fā)展必須要有前瞻性，未來輕量化、高強度、經(jīng)濟性將是風電葉片的布局方向，如何通過更加創(chuàng)新的設計思路、材料應用，在增加葉片長度的同時降低重量、保持韌性，成為葉片產(chǎn)業(yè)的必經(jīng)之路。

材料革新

葉片三大原材料：玻纖/碳纖維、樹脂、芯材。

當前，國內(nèi)陸上風電葉片以玻纖為主，十幾年的發(fā)展已經(jīng)使國內(nèi)葉片供應鏈實現(xiàn)了樹脂、玻纖的全部國產(chǎn)化，平價前夕瘋狂漲價的巴沙木當前也已回落至穩(wěn)定水平。但國內(nèi)高性能碳纖維材料仍然嚴重依賴進口，而在海上超長葉片領域，碳纖維已經(jīng)成為葉片技術(shù)迭代的必選材料。

碳纖維的相對密度約比玻纖小30%，抗壓強度卻高出40%。研究表明，相同葉片長度下, 引入碳纖維的葉片重量比玻纖可降低約15%的重量。且碳纖維韌性更大，采用碳纖維的葉片彎曲剛度提升，可有效改善葉片的空氣動力學性能，降低葉片對傳動系統(tǒng)和塔筒的負載，從而進一步提升捕風能力和運行穩(wěn)定水平。

生產(chǎn)中，碳纖維一般應用于葉片主梁，主梁占比葉片總重量1/3左右。中國建材集團董事長周育先曾在一檔節(jié)目中表示，實現(xiàn)主梁等關(guān)鍵部分的碳纖維替代可以降低葉片重量20%左右，這對風電系統(tǒng)成本下降、性能穩(wěn)定將是巨大的貢獻。

但對于風電葉片而言，碳纖維140-150元/公斤的價格明顯還過于昂貴。昂貴的原因，一方面是國內(nèi)高性能碳纖維材料嚴重依賴進口，另一方面是國內(nèi)尚未形成足以支撐我國制造業(yè)升級轉(zhuǎn)型的產(chǎn)能規(guī)模。

2021年國內(nèi)風電行業(yè)使用碳纖維約3萬噸，雖然只是部分葉片用到了碳纖維，但這個使用量已經(jīng)占全球的30%。在海上風電的發(fā)展推動下，預測到2025年，行業(yè)對碳纖維的需求將達9萬噸，到2030年可能要增長到20萬噸?？梢哉f，碳纖維應用必將成為推動風電葉片產(chǎn)業(yè)升級的下一個重要突破口。

綠色循環(huán)

對風電發(fā)展來講，葉片產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的另一個重要考量因素就是綠色循環(huán)和回收再利用技術(shù)上的持續(xù)研究和突破。即便現(xiàn)在這個問題尚未迫在眉睫，但建立可再生能源全產(chǎn)業(yè)鏈綠色循環(huán)體系已經(jīng)成為全球共識。

2021年5月，維斯塔斯公布了一項CETEC（熱固性環(huán)氧樹脂復合材料）葉片回收技術(shù)，可以在風機退役拆除后，將葉片材料用于較低級別產(chǎn)品的二次生產(chǎn)。但維斯塔斯也透露，這項技術(shù)真正應用于成品風機還需要6~7年的時間。

2022年3月，GE旗下LM葉片企業(yè)宣布第一支100%可回收的葉片問世。該“零廢”葉片由Elium樹脂和玻璃纖維制成的，Elium樹脂是一種熱塑性可回收樹脂，可用化學回收的先進方法使樹脂完全解聚將玻纖與樹脂分離，從而實現(xiàn)循環(huán)使用。

同樣基于對葉片發(fā)展的前瞻性考量，國內(nèi)企業(yè)也積極推動風電葉片循環(huán)利用的發(fā)展。2021年7月，由鑒衡認證中心、金風科技、中材葉片等公司聯(lián)合發(fā)起的“風電葉片綠色回收與應用聯(lián)合體”成立，旨在建立更加完善的葉片綠色回收與延壽利用技術(shù)體系，以破解百萬噸級風電葉片的環(huán)保處理難題。

中國可再生能源學會風能專委會秦海巖秘書長曾分享過布萊恩.阿瑟《技術(shù)的本質(zhì)》一書中的觀點：為了解決新技術(shù)帶來的新問題和新需求，會進化出更多的新技術(shù)；如果一個國家希望能夠引領先進技術(shù)，它需要的不是投資更多的工業(yè)院區(qū)或培養(yǎng)含糊的“創(chuàng)新”，它需要建立其基礎學科，而且不帶有任何商業(yè)目的。

縱觀國內(nèi)風電葉片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的十五年，技術(shù)的支撐始終處于引領地位。而且，本質(zhì)上來看，葉片的發(fā)展其實就是一部新材料發(fā)展史，依托“材料學”這個基礎學科的不斷突破，才有了當前百米級風電葉片的“隨風起舞”。

全球能源轉(zhuǎn)型下，新材料、智能制造、綠色供應鏈將是風電葉片發(fā)展的三大趨勢，也將成為支撐我國可再生能源高質(zhì)量發(fā)展的中流砥柱。