中材叶片材料实验室主任：风电叶片新材料与技术创新

能见APP讯：10月19日-21日，2016年北京国际风能大会暨展览会在中国国际展览中心召开。20日下午，中材叶片材料实验室主任贾智源在“供应链技术创新与合作”分论坛上作了主题发言，分享的主题是，风电叶片新材料与技术创新。

以下为发言全文：

贾智源：各位嘉宾大家好，很荣幸我能代表陈纯总来做这个演讲，大家分三个部分来讲，首先来讲技术需求的分析。处于海上风电由于重量三次方的成正比，因此我们在获得功率增加的同时，显然会大幅度的增加重量，固有频率也容易出现了风险，对抗疲劳的性能也提出了更高的要求，此外包括制造过程、安装过程都提出了更高的要求。

因此风电叶片大型化有一个迫切的要求，能够得到控制，也就是结构减重因此这一里面技术得到关注和发展。从外从2011年，应该是一个老生常谈，欧盟也发出了低碳能源的材料图，其中为未来10年行业创新提出了一个纲领，他希望通过改进叶片的材料性能，成本竞争材料能够减轻30%以上，减少生产时间50%，同时减轻的50%，因此降本增效是核心，同时也是我们制造领域不变的主题，未来很多都集中在这三个方面。此外基于环保的压力，受到政策的影响，或者是其他的影响，越来越期盼绿色化的过程，切割、打磨等等的，这一些可能在未来都有可能需要一个DUVC五的处理，或者材料绿色制造的过程，我们认为这是一个重要的方向。

如何有效的保证结构的可靠性，特别是结构的可靠性，降低叶片在实际运行中的风险，这也是受到迫切的关注，特别是全产业链的需求。包括叶片的它的制造过程，结构粘贴过程等等，它如何去有效操作的难度，如何有效提高叶片的质量，也往往成为一个非常关注的问题。最后就是雷击、前缘腐蚀、折断、覆冰等等，也对需要有更好的防护技术来出现，此外由于所处的风场环境不同，也需要差异化的防护技术出现。简单的总结一下我们认为目前的叶片技术创新，叶片制造的创新主要集中在以下六各方面，一个是降低成本、一个是整体结构减重及一个是叶片的循环生产时间缩短效率提升，叶片的无害化，然后叶片的生存能力更强，防护升级，叶片的制造能独更低，实现可靠制造。

下一面我想就新材料与技术创新，以举例子式给大家做一个陈述，我只是想通过举例来代表一个方向不见得问题已经解决，也有可能是问题已经在延续，但是我们未来关注的方向，奔着结构减重去，希望提高叶片的能量，这一块是研究热点，主要叶片组成结构之一，通常采用是热导的产品技术，使用的材料多数向单项，还有就是高性能的素质，它的设计要求重要看到的刚性和压缩强度横向性能，疲劳性。这一块碳纤维还有高性能的素质，这一块都是技术创新点。我这里简要的举几个例子，首先我们要关注的是目前的关注性聚氨酯数字，目前已有的聚氨酯和现有比有很大的优势，在纵向方向下它提高了6.8%它的横向方向上提高了18.9%，而强度提高了27.1恩%，在垂直纤维拉伸性能提高了62.6%，这充分说明聚氨酯更优秀，能够提供更好的粘贴性能和强度。我们通过疲劳性能分析可以发现聚氨酯单项负荷材料疲劳性能有了大幅度提高，这就叶片实际的设置中我们就可以去提高单项负荷材料的纤维材料同时不尝试疲劳性能，就可以提高我们的单项负荷材料的磨量，从而实现了减重，有一个很简单的思路，就是可以用聚氨酯，+普通的单项环氧树脂，这简单的一个替换就可以实现叶片的降低，也可以实现结构的减重这是一个我们的看法。

当然聚氨酯本身也存在它的风险，它的适应期偏短，可能对水比较敏感，等等这一些的风险，但是我想这未来一定是有技术可以去解决，也可以推动它的应用和发展，也可以结构减重，又可以实现成本降低的新材料。

第二项应该说是一项技术就是拉挤材料是一个高纤维含量的一项技术，同时它里面的纤维都是受到运力，纤维的方向一致性高。所以它的刚性就比我们灌注工艺来的更高一点，同时由于它这种预知作用避免碳纤维的承接风险。

第三种就是大面重单位向玻纤织物可以提高的纤维含量，也可以看到摩量从43%提升到50%、51%的水平，这样成本的降低，效率的提升。

第二个创新的聚焦点应该是几个点的小结合，高可靠性的技术，灌注的成型以及结构的粘贴，这一些都是我们叶片生产领域中核心关键技术领域。我们测算了一下如果用全自动化的技术，反而比现在的国内目前的生产方式效率要低，虽然它提高了你的纤维精准、准确性，提高你的结构可靠性，但是效率的丧失也不能接受，同时也依赖人工的话效果会更高这是对国内的一种情况，这里不做详述。

尤其新材的随式问题，在一些大区德威治，新材很难做到完美的成型，现在一种新的泡沫，聚酯泡沫进入到我们的视野，有一个很好的特点，就是高温上运行变形，同时可以热定型，就是大区位置的铺放，满足未来叶片的技术需要，但是聚酯泡沫它也有它自身的缺点，首先它的密度要比我们现在使用的PC泡沫密度要高一些，同时由于它的泡孔要大，但是行业内供应链上的原材料的供应商是不同步，目前已经出现了表面特殊的技术，可以由效减少表面的度，这样就可以实现泡沫，在未来有一个大量的应用。

此外在我们制造过程中和材料之间的相融性也是一个很大的问题，目前叶片生产，还是采用橡胶型的固定剂，但是这和橡胶无法兼容，目前的办法是尽量的去减少它的使用量，但是这个会丧失一定的生产效率，所以说我们比较看好是希望能够有一种结构相融，和兼容的新材料出现，目前也有供应上开发出来，可以参与灌注式的改变，可以确保不同部移，以及其他的特征等等。我们现在所使用的这种喷胶在界面的测试，是我们这边应该是最右侧的值，大概只有7到8，而我们现在如果说换一个新型大家可以达到30兆左右，所以这差距还是很大的，但是目前所开发的产品仍然有它的不足。就是环氧胶需要预热、需要高压，我觉得还不酸是一个完美的技术创新，还需要行业的同志们去共同努力，和未来应用的共同推广。

同样的温度25度，它的灌注时间，一个用的是16秒，一个只用了9秒钟，也就是说它的效率提升大概是30%以上的效率提升。这个现在也还没有得到大规模的推广，但是我相信未来有可能出现推广，因为提升效率对于叶片生产制造业是很关键的一项制造技术。

结高韧性环氧树脂胶黏剂，新一代的结构胶我们希望在未来得到应用，它应该具有以下特点，一个是操作时间更长，使用大叶片的生产，使它的粘贴过程安全，一个是密度更低，能够符合减重的需求，更优异的，更优异的疲劳性能，固化效率更高，容错性更好，目前是国内来讲的话，国内厂家应该还没有类似的产品出来，国外部分厂家已经有相关的产品，但是未来还需要行业的共同认同，看看未来的趋势。

第三个创新点，我们把它写成是差异化的叶片外防护意识，实际上这个也是一个大家非常关注的点。首先是防冰技术，当叶片被安装在一些特殊的区域，比如说像云贵高原，比如说寒冷湿润的地区可能会出现一些结冰就会出现叶片的整体的外形变化和重力分布变化等等，造成它过载，出现失效等等其他的危险，以及这个停机发电量的损失等等。

这一个技术问题是这几年受到国内外的广泛关注，据我了解有专门的国外会议去谈论这问题，直到现在也没有真正有效的方法出来，去能够大家公认的合理有效的方法去实现它的防冰，已有的技术包括股热风包括使用防冰涂料，包括电加热介质等等，但是实现效果同时也会引入其他问题，比如说变热介质就是结构变化，结构可靠性就画一个问号。

比如说股热风是内腔股风，内片效率的问题，可能最终有效，但是是先有效是需要比较长的时间。至于防冰的涂层，由于它的涂层严重依赖于表面的质量，在实际叶片挂机过程中，实现侵蚀、损伤它的效果就会丧失。我了解目前已有的一些防冰涂料，可能第一年有效但是这效果打一个问号，第二年就绝对没有效果了。所以来说这三类技术都不算一个完美技术，但是我想说的什么呢？就是这问题仍然一直存在的，也是希望行业内上下游共同去思考，一个有效的策略、方式方法去实现技术的突破。

第二个议题就是关于前沿防护，主要是有雨滴、水侵蚀的作用。我们所说的什么沙石其他的它因为出现的机率要小，实际的侵蚀时间短，没有一个明显的时间出现，但是这个雨蚀特别是南方或者海上，由于暴雨比沙石来的严重，所以前沿防护技术也是一直关注的焦点。

近年来大家都使用3M的贴膜或者其他厂家防护涂层等等，但是没有一项技术能够确保你这项防护能够有这叶片一个全生命周期的防护能力。另外就是不仅没有这能力，可能在3到5年就会出现失效的问题，这一项技术也是一直得到业内的关注，大家关注这一项新的技术，比如说橡胶和高分子聚乙烯的新技术。据说能有6倍3M的寿命但是我们还在等待。

第三项就是防雷就不细说，这是目前还说不清楚的问题，就是国内有的防雷系统，但是出现雷闪很难防得住。

第四个就是创新聚焦点就是过程无害化，我们关注的两项技术，一项就是免脱模剂技术，现在有一种技术就是聚乙烯的保护贴膜可以实现40次的循环使用，不需要人脱模剂。另外一个就是涂层。涂层的低VOC化是一个问题，但是还是没有一个有效的方式出来。水性涂料炒的比较热但是严重降低效率，其他的粉末涂层会有施工的困难，所以这一块需要技术突破。

我举例就上面这么多，最后想简单的说一下，行业是需要创新，创新是永无止境的，行业大的发展龋失补变的，共同希望风电叶片成本更低、性能更加可靠，适应能力更强的方向前进，最后我们希望行业上下齐心合力为行业的健康发展出一份力量。