低成本高性能葉片創新設計與製造

2020-12-18 全國能源信息平臺

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2020年10月14日,明陽智慧能源集團股份公司明陽智慧葉片公司董事長李軍向在2020北京國際風能大會暨展覽會(CWP 2020)上發表了關於「低成本高性能葉片創新設計與製造」主題演講。

以下為發言實錄:

李軍向:大家下午好,今天我講的主題是:擁抱平價時代,我馬上會講到平價時代的到來,對於我們來講意味著什麼,要面臨怎樣的問題,有怎樣的解決方案和思路,通過葉片的設計和製造這兩個方面來應對我們的平價時代。

什麼叫平價時代,從2019年下半年到2020年面臨雙搶的形勢,一個是海上,一個是陸上,無論海上陸上我們進行全面的搶裝時代,但是時間很快過去了,11月底陸上搶裝潮就會結束,我們進入什麼時代呢,海上搶裝跟陸上平價的兩個時代,到2021年9月份海上搶裝就會結束,往後就是雙平價的時代,海上陸上都進入平價,這意味著形勢發展在逼迫我們做各種改變,包括思想觀念和思路的改變。

下面這張圖就是我們改變的推動力,平價指的就是上網電價,所以我們的改變來源於電價,當然這主要是國家政策改變,從左下角這個圖可以非常清楚的發現,國家通過風電上網電價來倒逼整個行業的發展,傳遞兩個信號,第一,當前的形勢,第二,我們的電價。

這張圖是風電的上網電價要跟煤電火電電價一樣的,就是所謂的平價,從2018年到2020年,三年時間,這些柱狀圖就是在中國各個省份風電的價格,大家可以看到,在這三年之中火電價格一直在風電之下,因為國家一直在風電進行補貼,時代不一樣了,補貼會消失,因為陸上很快進入平價時代。

我們面臨的是一個平價時代,這個平價時代我們可以稍微再量化一下,什麼叫平價時代,平價時代要求是什麼,低電價意味著招標價格很低,我們經常面臨招標的問題,業主給我們招標價格都相當低,所以我列了一個曲線,說明在以前大部分歷史階段上,售價都是在葉片成本之上,這就意味著葉片行業還是有利潤可言的,有利潤可言作為一個企業才能向前發展,可是到2020年之後,如果成本灰色的線,單位的售價隨著招標價格的降低,導致售價會低於成本,這就是我們的平價時代,如果我們不開發低成本的葉片,整個葉片行業就面臨著一個虧損狀態,如果這個行業健康發展,必須成本要降下來,就是低成本化,但是低成本化如何做到,確實是值得我們商討的地方。

目前氣彈問題越來越突出,而受到我們解決的瓶頸,因為葉片更加細長,載荷越來越大,而我們的材料進步沒有跟上時代發展的步伐,除了國家政策之外,整個風電機型越做越大也是一個問題,業主要求我們高發電量,你必須要保證發電量,業主業績要考核,然後價格又不能太貴,因為上網電價作為一個關鍵的制約因素在那兒卡著,作為我們葉片行業和風電行業如何降低成本。

我們解決方案應該要具體化,而不能大而寬而且泛,首先材料與工藝技術創新,這是我們應對的一個方案,我們的葉片已經不符合原來所謂的規律,如果是成正比的話,這個葉片重得不得了,不符合我們輕量化的發展趨勢,葉片的發展我們經歷了很多,包括預彎的引入,當時都不敢做,LM在中國有預彎的專利,但是後來還是通過國家層面的專利給規避掉了,空氣動力學的套件,這是後運維時代的一個方案,如果說沒有套件是很難做到的,還有高展弦比、厚翼型、新材料新工藝,這些是我下面要講的。

材料的進步到底給我們葉片行業帶來什麼樣的利好,它到底在哪裡,它的進步夠還是不夠,能不能跟上咱們平價時代到來,行業發展的步伐,對於主梁的材料來講,最關鍵的就是模量,模量會影響剛度,會影響發電量,發電量是我們需要解決的痛點問題之一,所以在材料逐漸進步的情況下,我們葉片重量是逐漸下降的,這個符合整個行業葉片輕量化的發展趨勢。高比模量玻纖,通過玻纖的運用和創新帶來低的度電成本,也是我們解決平價時代一個很重要的方面,所以高比模量玻纖的運用是我們需要的。

講到高比模量玻纖的應用,以前海上風電只用碳纖維,但是玻纖一直在進步,我重點講一下恆石,恆石在行業也算是領先,我所掌握的數據,模量比CPIC的稍微高一點點,由於材料的進步推動了風電機組,包括葉片的大型化,用玻纖設計大型化葉片成為可能。以前給大家的感覺是,如果是海上葉片,比如抗颱風的,必須用碳纖,包括中材的85.6用的是玻纖,上海電氣也用的是玻纖,明陽是最早一個公司用玻纖來設計海上抗颱風大葉片公司,包括155的機型,無論是抗臺還是非抗臺,由於材料的進步,由於玻纖材料的進步,重要的就是模量,導致大葉片的設計,用玻纖設計成為可能,低成本化變成可能,這是高模量,高比模量給我們整個葉片行業帶來的利好。

下面這個更加說明問題,度電成本還是一樣,我們最終還是要回歸到解決的痛點問題上,度電成本一定是下降的,年發電小時數,這個指標很關鍵,因為它關係到收益,材料的進步會導致度電成本逐年下降,然後導致年發電小時數的增加,這是我們應對平價時代要解決的問題。

其實材料的進步是沒有跟上行業發展的步伐,因為我們已經到這裡來了,可是我們的材料還在這裡,而且現在還不成熟,真正成熟的在這裡,中間是有差距的,怎麼辦呢,我們用混和的方式,用玻纖的低成本,碳纖的高性能進行混和,明陽葉片的開發已經全部量產化了,所以算是起步的比較早的一家公司。碳玻混材料是利用玻纖的低價和碳纖維的高性能,我一直在尋找的另外一個材料,在他們之間,不是一種混和的方式,這個其實我們要做一個平衡,因為玻纖和碳纖比例是可以調整的,但是調整以後,基本上又是一種新的材料,也有大量的測試,這個需要各個葉片公司或者各個單位內部去做一些研究了。熱塑性樹脂,樹脂一直以來進步不是很大,它畢竟還沒有批量化,是否能夠成為相配的樹脂,還有待去印證。我認為作為一個將來我們可能的一個選項,是很有必要的,因為可以節約佔模時間,可以提高我們的生產效率,可以節約人工成本和時間成本。最終還是過渡到成本上面,回收二次加工和二次成型加工焊接技術,我認為熱塑性樹脂可以作為將來樹脂類的一個選項。

下面來講玻纖拉擠,我們終究回歸到平價時代的需求,低成本高性能,高發電量,葉片材料也要高性能,前面都是純紗線的織物的性能,模量是板的模量,不是紗線本身的模量,E8我們能夠做到52這個級別,這是巨石的紗線,能不能做到55還需要驗證,最高的是E9。必須改變工藝,材料不改變,各位很清楚。但是我們改變工藝,性能一下上來,由48,這是E7的玻纖灌注,提升了20%,性能的提升特別明顯,20%對於一個材料來講是一個很大的跨越了,這邊是碳玻灌注的,我們已經量產了的數據,性能提升非常明顯,平價時代必須這麼做,否則沒有出路,所以性能提升是很明顯的,

另外一個話題低成本價格,灌注的價格15,拉擠20,拉擠的價格絕對是虧本的,這個價格不適合平價時代,必須要低於這個價格,否則葉片就是虧本的,所以拉擠工藝在性能上有優勢,在價格上需要供應商配合葉片公司,或者整機廠葉片單元把這個降下來,目前掛機葉片正在運行,一些優點是自動化程度效率也很高,如果採用拉擠工藝的話,主梁的模具可以不要了,性能可以提升20%以上,質量穩定,有做過生產和工藝同事很清楚,主梁最怕的就是有皺褶,簡直就是癌症,拉擠工藝徹底治癒了癌症,它質量穩定靠譜,設計友好,材料利用率高,為什麼拉擠會得到材料提升呢,我們無論搞材料還是搞工藝都知道,紗線越值性能發揮的越好,但是灌注怎麼可能保證紗線是很值的呢,但是拉擠工藝儘可能把紗線變得很直,性能的提升足以說明拉擠工藝的優點。

還是要講拉擠,應對平價時代一個很重要的解決方案,它的優點,第一,模量提升20%就是性能。第二,葉片重量在同等條件下減輕12%,成本降低10%以上,如果供應商能夠配合我們,節約成本會更多,發電量沒有增加,因為我們把優勢全部放在葉片成本上了,沒有兼顧發電量,度電成本也是。還有纏繞工藝,回到氣彈問題上,能不能用纏繞工藝解決氣彈問題,氣彈問題完全屬於設計問題,氣彈問題可以通過材料氣動和結構,氣彈問題很重要的就是扭轉剛度不夠,如果高發電量的話,外形要做的扁平,要薄翼型,要提高扭轉剛度,如果用現在的方式,無論是拉擠還是灌注的話,通過工藝角度再去提高扭轉剛度已經做不到了,還是要各位同仁一起去研究,我們拭目以待。

關於設計,我就不多講了,因為看法很多,仁者見仁,智者見智,我們要綜合考慮,你們到底認為是預埋的好還是打孔的好,說不清楚,包括西門子都有自己的技術路線,不同的技術路線可以達到同樣的目的,所以這個東西就是打孔,如果優化我們的設計,同樣可以設計的非常棒,非常好,海上大葉片全部都是打孔,都是可以做出非常優秀的葉片,後緣粘接也是這樣,兩者是相互關聯的,還有主梁設計非常關鍵,其實它可以不對稱。

生產技術方面有很多體會,我們後面生產的方向是什麼,就是面對平價時代,生產自動化和半自動化。這個講的是葉片智造,智能的智,除了材料以外,成本最大的是人工成本,效率最大的是人,當這個工藝改進,生產管理的變革,也是有必要的,但是這些做完以後就變成人,人是一個最大的因素,我們通過自動化和半自動化解決問題。

組裝式生產也是葉片生產的變革,葉片是發生化學反應,而不是組裝式生產,所以我們葉片有沒有可能在將來,但不是現在,在將來實現組裝式生產,把我們效率大幅度提高,就意味著人們呢,人工成本大幅度下降,製造成本大幅度下降,同樣回歸到我們平價時代的痛點之一低成本,所以組裝生產也是一個解決方案。

最後做個小結,我講平價時代的痛點是兩個。第一是低成本,第二是高發電量。風電行業要發展就必須要解決這兩個痛點問題,度電成本在2018年2019年的時候,基本上跟風電平齊了,所以我們面臨最大競爭對手是太陽能,不是我們自己。所以面對風電時代的平價時代,各位同行,我們一起努力,解決風電平價時代的痛點問題就是要低成本和高發電量,謝謝大家。

(根據速記整理,未經本人審核)

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