CWPC2024

CWPC2024:中国复合材料工业协会复合材料维修检测与回收专委会副主任谢菲发表《风电叶片产业现状与发展》的演讲

2024-04-26     播放:36

大家好,今天我给大家带来的报告题目是:风电叶片产业现状与发展,有不当之处还请批评指正!

今天我的报告主要分为5个部分:风电行业的基本情况、风电叶片的产业概述、叶片技术发展方向、问题与课题、结语。

1.风电行业基本情况

首先看风电行业的基本情况,近几年绿色低碳能源已经越来越多被大众所认可,其根本原因还是全球气候危机。全球气候危机驱动了绿色低碳革命,目前可再生能源发电在全球总发电量中所占的比重超过了30%,成为全球第二大电力来源。据预测到2030年,可再生能源发电将成为全球最大的电力来源,在全部发电量的比重中有望超过57%。风电装机近几年也在持续增长,国家能源局的一个最新数据显示,截至2023年12月底,全国累计装机容量约为29.2亿千瓦,同比增长13.9%,其中,风电装机容量约4.4亿千瓦,同比增长20.7%,风电装机容量占总装机容量的15%左右。近年来,以风电和太阳能发电为代表的绿色能源逐渐成为电力投资的主体。可以看出风电目前占26%左右。自2009年开始,中国风电装机容量稳居全球第一。

(图示)这是2016年-2023年中国风电新增装机累计装机容量的展示。

2023年,风电新增装机容量是7590万千瓦,相比2022年增长了52%。2023年中国风电整机厂最新的排名显示,排名前5的整机厂包揽了整个新增装机容量的3/4,这是蓬勃新能源财经2023年公布的新增装机,以及它的市场份额。

风电机组大型化发展,近三年来,风电机组大型化的速度前所未有,取得了举世瞩目的成就。这6张图片是行业有代表性的企业,它发布的一些新型机组。国内机组的单机容量及叶轮直径均大幅超过国外主要厂家。海上风电机组:2023年12月12日,明阳智能MySE18.X-20MW海上风电机组下线,是目前全球已下线单机容量最大、风轮直径最大的海上机组,风轮直径可达292米。陆上风电机组:2023年北京国际风能展期间,三一重能发布的15MW机组,是目前全球陆上最大风电机组。

风力发电行业是我国绿色可持续发展能源战略的支柱行业之一,并在我国“30·60”碳减排目标落实和能源结构转型中承担重要作用。在未来很长的一段时期内,风电产业仍将得到国家政策的大力支持,有着广阔的持续发展前景。2025年将超过5亿千瓦,占比达到18%。到2023年将达到8亿千瓦,占比达到21%。2021-2025年,风电每年装机容量将超过5100万千瓦,2026-2030年,风电每年新增装机超过5300万千瓦。

2.我国风电叶片产业概述

我国风电叶片制造能力稳居全球第一,这一轮风电机组大型化发展主要以叶片的大型化为代表,叶片产业为我国风电产业高速发展做出巨大的贡献。

(图示)据不完全统计的数据,2023年我国有风电叶片产出企业一共16家,其中产能超过3000套以上的企业有近10家。目前外资企业仅剩LM一家,国内龙头企业包括中材叶片、时代新材等,这是我们目前统计的16家叶片生产企业。风电叶片产业规模,国内叶片企业2023年风电叶片产量排名前三的企业依次是中材叶片超过3500套,时代新材超过2700套,三一叶片超过1500套,这三家合计占市场份额大概44.8%。我们统计到2021-2023年各叶片企业每年装机容量。从这张图可以看到三一叶片、远景能源、天顺叶片是当前产量增长较快的三家企业。

截至到2023年底,累计生产超过1000套的企业有14家,合计生产叶片超过15万套。风电叶片累计产量排名靠前的企业依次是:中材叶片超过3.6万套,时代新材超过2万套,艾郎科技、明阳新材、联合动力和东方天津叶片均超过1万套。

2023年底,我国兆瓦级风电叶片产能约为3万套,有能力支撑我国未来几年风电产业的规模化发展。在规模化生产和专业化程度上均居于世界领先地位。近三年来,叶片产业的市场规模不断扩大,这期间出现了以风电机组功率不断提升、叶片不断加长为标志的大型化发展。2023年我们统计的数据,平均风机叶片长度增长到89.5米,较2022年增长了8米。截止到2024年3月初,生产下线的机组风轮直径已经达到292米,已下线风电叶片最大长度达143米。

我来盘点一下近期几家企业创纪录的叶片,2023年为代表的双瑞出产的126米叶片刷新全球风电叶片全尺寸试验的长度纪录。2024年1月21日,三一重能131米陆上风电叶片SY1310A成功下线,刷新全球最长陆上风电叶片纪录。2024年2月27日,由明阳自主研制的MySE292海上超大型叶片成功下线,叶片长143米,再次刷新风电叶片长度纪录。

(图示)这是我们统计的风电叶片产业总部及生产基地区域分布图,后期我们会做成产业地图发给大家。我们统计了17家叶片企业,2023年包括近100个生产基地,分布在22个省(市、自治区)。从制造基地数量来看,内蒙古、江苏是风电叶片制造大省,紧随其后的是新疆、甘肃以及河北,都是陆上或海上风电大规模开发的地区。我们针对叶片厂家对风电机组整机企业供应和配套情况,我们是用不同颜色代表各家整机厂,以及叶片厂在各个整机厂家的配比情况。

3.叶片技术发展方向

近年来,风电机组大型化发展迅速,其中叶片的技术发展至关重要,对叶片新的翼型、材料、设计方法以及制造工艺都提出了更高的要求。碳纤维、拉挤板等新材料新工艺,无人机及机器人等智能设备,也将在叶片的设计与制造中获得越来越广泛的应用。

与整机融合设计,叶片是对风电整机性能及产品竞争力影响最大的部件之一,大型化使叶片的设计开发与整机的开发与优化关系越来越紧密。大型风电叶片在设计开发阶段,需要与主机系统进行反复的迭代优化,使整机与叶片的匹配最佳,机组性能更优。大型风电叶片高性能、低成本、高可靠性的需求,使得整机深度参与叶片开发和制造全过程。

碳纤维的应用,随着叶片长度及重量的增大,碳纤维因其性能优势,广泛应用于大型叶片的主梁制造。随着国产碳纤维产能的提高、价格持续走低,碳纤维在风电叶片上的应用前景也越来越大。碳纤维应用中的一些问题需重视,例如叶片结构动态特性改变、防雷击、废弃物处理等。

预制零部件,大型叶片制造的提速降本驱动叶片向模块化预制、标准化发展。叶片零部件的预制技术能够提高生产效率和产品质量。拉挤板材就是一种预制件,在叶片上的应用已经普及。

再就是绿色设计、绿色制造。叶片在设计、选材、制造、物流、运营和后市场等环节,都需要坚持节能减排、循环利用、绿色低碳、可持续发展等原则。通过绿色设计和绿色制造,达到减少资源浪费,提高生产效能,减少有害物质和垃圾的排放,保护自然环境的目的。机械化和自动化发展,生产过程中的机械化和自动化能够节省人工成本,降低人员劳动强度,提高产品质量。使用无人机和智能机器人等,可以替代人工作业,弥补人员不足与限制,提高工作效率。

4.问题与课题

行业目前存在的一些问题与课题,随着风电机组的大型化快速发展,叶片技术发展进入无人区,我们所面临的技术问题和挑战都是前所未有的。坚持创新和科学态度,是风电叶片技术持续进步的前提。产品更新过快、事故增多,这一轮叶片急速加长,有些未待技术成熟而投放市场,造成事故增多,有些是成批量的。叶片事故对机组安全和效益影响巨大,也给相关企业带来很大损失,需要认真总结经验教训。

设计技术,设计决定叶片的强度、刚度和动态特性,与叶片的可靠性、工艺性、经济性密切相关。风电机组发展,使叶片长度、载荷和重量都越来越大,动态特性越来越复杂,需求越来越多、越来越高,给叶片设计带来前所未有的挑战。叶片设计与分析技术需要跟上叶片急速加长的变化,应重视叶片新产品的试验验证和产品认证。

减重降本,风电机组与叶片的大型化及市场竞争,对叶片减重降本提出了更高的要求。叶片减重降本是个永恒的课题,需要本着科学的态度,不断创新优化,把控风险。

废旧回收、循环利用,作为风电机组的主要构成部分,复合材料叶片的回收处理分量最重、难度最高。退役或替换下来的叶片数量逐年增多,对环境保护造成越来越大的压力。废旧叶片的回收及循环利用有效的技术方法及商业模式,是亟待解决的重要课题。截至2023年底,累计装机超过19万台,容量超4.4亿千瓦。1.5MW及以下机组将迎来批量退役,预计退役量约100GW,存量市场迎来爆发。根据行业协会报告显示,2025年将会是叶片大批量退役的起点,之后每年需处理退役叶片数量快速增长,2030年后年退役量预计达76万吨左右。退役风电叶片现场处理将形成一个持续稳定的后服务市场。

下面我说一下目前比较成熟的叶片回收技术,物理回收,包括重复利用和机械粉碎;二是热解回收,获取玻璃纤维制成短切玻璃纤维或玻纤毡。再是化学解聚,化学解聚分离树脂和纤维,获取树脂黏胶和定长纤维。

5.结语

中国风电叶片产业经过不断发展进步,取得了举世瞩目的成就,也已成为行业的领跑者。发展过程中还会遇到难题和起伏,需要我们叶片产业的从业者不断创新,锐意进取,以科学理性的态度,遵循客观规律,以更高的热情、更大的投入、更深层次的探究,努力推动我国风电叶片产业向绿色、健康的方向稳步发展,为我国风电及新能源事业、30-60碳达峰碳中和战略做出更大贡献。

谢谢。