我國風電市場機遇和玻璃鋼風機葉片

    近二十年來，能源格局發生了結構性的變化，可再生能源：水電、太陽能、風能、生物質發電、沼氣等開發利用對于保障能源安全，保護生態環境，實現可持續發展具有重要意義。由于風力發電的技術成熟，2000年以后在全發展非常迅速。
    這兩年，我國頒布了《可再生能源法》，今年6月國務院審議并原則通過了《可再生能源中長期發展規劃》，這對我國風電產業帶來強勁東風。從2001年以來，我國風電企業借助歐洲的技術和經驗，大力拓展風電場的建設，推進了我國風電設備和技術的提高，尤其05-06兩年間，我國風電業和風電市場同步快速成長，年增長率達到了70%，裝機容量到06年達到2600兆瓦，排名第六。風電業不僅帶來巨大的清潔能源，并且也拉動了我國玻璃鋼復合材料的發展。據初步了解，2006年我國風電配套的葉片、機倉罩、機頭罩等一系列玻璃鋼復合材料制品總量達到了四萬多噸。其中合成樹脂（環氧、環氧乙烯基酯樹脂，不飽和聚脂樹脂）和玻璃纖維及其玻纖技術織物分別達到二萬多噸，國內葉片市場的年產值超過30億。玻璃鋼復合材料葉片是一個在不斷更新、不斷完善的受力結構產品，葉片的輕量化、功能化要求將推進我們材料不斷向高性能和高技術方面發展。
    一、風力發電―能源新格局
    能源是經濟社會發展的重要物質基礎，常規能源煤、天然氣、石油等燃料消耗量近年來的急劇增長，大量的二氧化碳排放到空氣中，對大氣帶來嚴重的環境污染，涉及到能源安全和變暖及生態環境的破壞。眾所周知，維持人居環境的平衡是由于綠色植物的光合作用消耗二氧化碳，使大氣中二氧化碳的含量基本上保持不變，一般大約穩定在0.03%（體積分數）左右；又因為二氧化碳直接存在于人類、動物、植物生命活動過程中的攝入物和排入物之中，因此，通常不被人們認為是一種大氣污染物。近二十年來，工業化的加速發展，溫室氣體的排放量有增無減。據有關資料報導，美國、新加坡、澳大利亞、加拿大、德國、俄羅斯、日本、歐盟等國已是人均溫室氣體排放量大的和地區。（附表）

    今年七月，BP公司發布的《BP能源統計2007》顯示，2006年煤炭消費增長雖低于2005年，但仍然高于過去10年平均增長率。作為上煤炭消費國，2006年消費量有所減緩，但仍高于平均水平。據有關調查報告指出，種種原因，能夠吸收二氧化碳的森林面積在不斷減少，草場退化嚴重，土地荒漠化加劇，致使空氣中的二氧化碳含量不斷增大。當空氣中二氧化碳的體積分數達到1%時，就會使人呼吸加快；達到2%時，就會使人感到輕度不適；達到3%時，有明顯的不舒適感；達到4%時，會感到呼吸困難，意識遲鈍；達到5%時，會感到難以忍受；達到10%時，可引起窒息，死亡。因此，大氣中的二氧化碳污染已危及生命和環境。對此，各國如美國、歐盟、澳大利亞、加拿大等國已把二氧化碳作為大氣污染物質對待，這些已相應頒布征收排放碳稅和排放標準的指令。歐洲委員會日前提出，到2020年二氧化碳減排20%。
風，作為可再生能源，取之不盡，用之不竭，與天然氣發電相比，風能不受價格的影響，石油天然氣終會枯竭，而風不會。與煤相比，風能沒有污染，不僅如此，風能發電可以減排二氧化碳等有害物。據資料報導，平均每裝一臺單機容量為1兆瓦的風能發電機，每年可以減排2000噸二氧化碳，10噸二氧化硫，6噸二氧化氮。因此，各國十分關注未來是否能有足夠的能源？如何使用能源而又不影響氣候。由于風電能源具有建設時間很短，并可提供安全、清潔和經濟的電力，因此風力發電在全發展很快。2000年4月德國《可再生能源法》生效，其中重要的內容就是對生產可再生能源實行補貼。這項法律，推動了德國可再生能源的發展。德國已成為風力發電裝機容量大的，達到1.84萬兆瓦。其后依次是西班牙、美國、印度、丹麥和。迄今為止，歐洲在風力發電領域中占主導地位。據歐洲風能協會提供統計數據，風力發電裝機容量已達7.42萬兆瓦，其中歐洲為3.4萬兆瓦。近幾年，風能發電平均以30%以上的速度增長。由于風能技術和設備的不斷更新，成本會越來越低。據美國有關風能資料報導，風能發電平均每千瓦時的成本費用在強風區是4美分，弱風區為6美分，但在20世紀80年代每千瓦時的成本為80美分。美國研究人員透露，隨著技術設備的改善和來自航天工業的新發電技術支撐，風力發電的成本會大幅降低。國際原油價格上漲，全利用風力發電的越來越多，達到70多個，同時也給風電設備公司帶來巨大商機。這個行業正處于重大轉變時刻。隨著市場的擴大，上著名的傳統發電設備廠商日本三菱重工，德國西門子和美國通用電氣公司開始生產大型風力發電渦輪機。前10大風電設備公司所產設備占了93.2%。從新裝機容量來看，Vestas、Camesa、Enercon、通用，西門子等公司位列前5名，占市場81.5%。全涌現了排名前十位的風電主機公司和葉片制造公司。（附表）[-page-]
    2000年后，風電產業從歐洲吹向、印度、中東地區，這些公司優秀的風電設備和葉片制造技術開始轉移到。據有關資料顯示，2004年風電設備新增市場份額中，國產設備只占25%，進口占75%； 2005年新增市場份額中進口設備占70%以上；2006年國內風電設備市場60%的需求仍由進口設備滿足。這些數據告訴我們，引進國際先進風電技術，促進我國風電產業的集成創新，加快風電設備國產化進程十分緊迫和重要。
    二、國外兆瓦級風機葉片制造技術動向
    風力發電依靠渦輪機完成，其中配套渦輪機的FRP復合材料葉片是重要的零部件，其占整個風電設備成本的20%左右。葉片的設計、選材和工藝又是決定風電裝置性能與功率的主要因素，以及風力發電的單位成本?？v觀葉片技術的發展趨勢，并兼顧風機效能和降低成本兩因素，葉片的制作正向大型化發展。單機功率愈大，每KW的發電成本就愈低。因此風電設備都在向兆瓦級大功率和長葉片方向開發。典型的丹麥LM公司是風力發電大的集團，具有25年的生產實踐經驗。其葉片月產達7000片以上，已在天津設廠。LM公司也是唯一有In-House測試能力的公司，可針對其葉片進行Full-Scale的測試，所有的新設計葉片均可通過20年運轉狀況的測試才能獲準投產。這些測試項目包括靜態、動態、雷擊測試等，其測試設備中的激光掃描儀，更為葉片提供精確的幾何數據。LM公司目前生產長的葉片為61.5m，是長的葉片，重量為17.7噸，材質為環氧基玻纖增強復合材料，葉端等處采用碳纖，已按裝在芬蘭REpower公司的5MW海上風機上。LM公司葉片制造技術包括多功能機械手鋪設玻纖，以提高鋪設進度25%；在螺栓的支撐力上進行創新，可增加葉片20%的長度；采用RIM法縮短樹脂滲透時間15-20%；以FRP模具取代鋼模，實現低成本?？梢哉J為，LM的兆瓦級葉片的設計，制造技術是先進，富競爭力的。
    在葉片設計上，LM公司還在10年前推出了一種新型具有彈性撓度的葉片概念，簡稱為預彎型葉片。該葉片在葉尖部分向外彎曲，使葉片在轉動狀態下，甚至處于強風時還能與塔體保持一定距離，避免葉片撞擊塔架。預彎型葉片因其許可彎曲量變大，剛度相當，從而材料用量減少，重量減輕，而獲取更多的風能。據有關方面透露，這種預彎型葉片與標準型葉片相比，風場在2.6m/秒風速條件下即可起動。LM公司設計的這種預彎型葉片于2004年在申請了發明。另據了解，LM公司與GE公司合作的項目中對開發加長葉片增加電量進行案例分析測定。GE公司用40.3m長的葉片替換了原有1.5MW風機上的37.5m長的葉片，結果標明發電量增加7%，究其原因是其外圓掃風面積比內圓掃風面積增加了14.8%。（附效果圖）
    為降低發電成本，除葉片設計外，材料和工藝成型日新月異，通過材料和工藝的選擇達到輕量化和功能化，從而提高風能的效能。葉片制造通常經過五個步驟完成：葉