風(fēng)電是清潔、可再生能源，近年來(lái)，全球都在大力發(fā)展風(fēng)電。作為全球最大風(fēng)電市場(chǎng)，我國有大約6000多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，超過(guò)17萬(wàn)臺風(fēng)力發(fā)電機在日夜不停地運轉。

理論上，風(fēng)電葉片越長(cháng)，面積越大，捕獲風(fēng)能的能力就越強，由此對風(fēng)電葉片的發(fā)電能力要求也越高。風(fēng)力發(fā)電機的葉片長(cháng)90米，風(fēng)電葉片占整個(gè)風(fēng)機投資成本的20%，是風(fēng)力發(fā)電機的重要部件之一。截至2021年底，我國風(fēng)電并網(wǎng)裝機容量突破3億千瓦，連續12年穩居全球第一。

中材科技阜寧工廠(chǎng)航拍 

風(fēng)力發(fā)電機包含了多個(gè)高技術(shù)含量部件，其中有些部件就是“隱形冠軍”生產(chǎn)的。中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司(下稱(chēng)“中材葉片”) 江蘇阜寧工廠(chǎng)正是亞洲最大的風(fēng)電葉片供應基地。作為中國建材集團旗下中材科技股份有限公司（下稱(chēng)“中材科技”）的全資子公司，中材葉片為全球許多頂級風(fēng)場(chǎng)供應葉片。

中材科技目前是我國最大的風(fēng)電葉片生產(chǎn)企業(yè)，也是國內第二大、世界第三大玻璃纖維生產(chǎn)企業(yè)。它是中國特種纖維復合材料行業(yè)最大的集研發(fā)設計、產(chǎn)品制造與銷(xiāo)售、成套技術(shù)與裝備于一體的高新技術(shù)企業(yè)，是中國特種纖維復合材料的技術(shù)裝備研發(fā)中心，也是中國國防工業(yè)最大的特種纖維復合材料配套研制基地，引領(lǐng)著(zhù)中國特種纖維復合材料的技術(shù)發(fā)展方向。

2020年9月，中國建材集團黨委書(shū)記、董事長(cháng)周育先針對中材葉片的下一步工作提出，要充分利用高起點(diǎn)優(yōu)勢，做好風(fēng)電葉片產(chǎn)業(yè)的全球化布局，高質(zhì)量推進(jìn)國際化工作；其次要不斷提升公司的綜合競爭力，積極引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，做好集團內企業(yè)間的產(chǎn)業(yè)協(xié)同，為集團新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展積極貢獻力量。

中國建材集團在風(fēng)電葉片領(lǐng)域的布局不止于中材葉片。從2008年首個(gè)海上風(fēng)電葉片項目啟動(dòng)以來(lái)，中國建材集團旗下企業(yè)連云港中復連眾復合材料集團有限公司（下稱(chēng)“中復連眾”）在海上風(fēng)電葉片研制上已經(jīng)走過(guò)15個(gè)年頭。葉片長(cháng)度從44米增加到110米；工藝從碳纖維預浸料發(fā)展到碳纖維拉擠技術(shù)；制造裝備不斷向自動(dòng)化、智能化、精細化發(fā)展，如開(kāi)發(fā)主梁鋪放設備、遙控自動(dòng)翻轉設備、智能化根部端面打磨機；測試技術(shù)從2009年國內首個(gè)5MW全自動(dòng)葉片全尺寸試驗平臺到2014年國內首個(gè)12MW全自動(dòng)葉片測試平臺，再到正在建設的20MW全自動(dòng)葉片全尺寸測試平臺，一切都在不斷升級。

不僅如此，更長(cháng)、更大功率葉片正在研發(fā)中。

2022年8月30日，全球最長(cháng)123米風(fēng)電葉片在中復連眾成功下線(xiàn)，這是中復連眾在不到一年時(shí)間內下線(xiàn)的第四款長(cháng)度超過(guò)百米的葉片。

此前，中復連眾成功下線(xiàn)長(cháng)達110米的風(fēng)電葉片YD110，匹配的是目前國內同等容量單位千瓦掃風(fēng)面積最大的抗臺型機組，發(fā)電性能可提升15%。

風(fēng)電葉片YD110由中復連眾與運達股份合作而成。中復連眾副總經(jīng)理劉衛生介紹，運達股份之所以選擇與中復連眾合作，既有兩家長(cháng)期合作的因素，也是因為中復連眾在大型葉片的設計制造、質(zhì)量控制和試驗檢測等方面具有領(lǐng)先同行的優(yōu)勢。

“YD110的成功下線(xiàn)，在促進(jìn)我國海上風(fēng)電裝備制造向‘自動(dòng)化、智能化、精細化’升級的同時(shí)，也將進(jìn)一步豐富海上風(fēng)電系列平價(jià)產(chǎn)品與整體解決方案，帶動(dòng)深遠海風(fēng)電發(fā)展?！敝袕瓦B眾黨委書(shū)記、董事長(cháng)喬光輝說(shuō)。

在業(yè)內人士看來(lái)，我國海上風(fēng)電葉片“百米級時(shí)代”已經(jīng)到來(lái)。隨著(zhù)風(fēng)電葉片不斷刷新長(cháng)度，風(fēng)電市場(chǎng)對葉片原材料也提出了更高要求。

與此同時(shí)，多數整機廠(chǎng)都已經(jīng)擁有了自己的風(fēng)電葉片研發(fā)團隊。

中復連眾是國內最早從事兆瓦級風(fēng)電葉片開(kāi)發(fā)、設計、生產(chǎn)、檢測和服務(wù)的企業(yè)。截至目前，中復連眾所供的海上風(fēng)電葉片裝機規模達到3GW，年發(fā)電量超過(guò)100億千瓦時(shí)，可減排二氧化碳900萬(wàn)噸。

如今的中國建材，已經(jīng)成為“海上風(fēng)葉強者”。

01一長(cháng)再長(cháng)

國內風(fēng)電發(fā)展初期，風(fēng)機多裝于陸上富風(fēng)區域。隨著(zhù)富風(fēng)區域資源減少和風(fēng)電消納的制約，市場(chǎng)逐漸飽和，加上低風(fēng)速和海上風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，在低風(fēng)速區域和海上建風(fēng)電廠(chǎng)已具備經(jīng)濟效益。

中材葉片與中復連眾十幾年的成長(cháng)發(fā)展歷程，是中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展成長(cháng)的縮影。

20世紀下半葉，世界石油危機之后，風(fēng)能作為清潔且高效的可再生能源得到迅速發(fā)展。

如果將時(shí)間回撥到20年前，國內并沒(méi)有兆瓦級風(fēng)電葉片的制造先例。所有關(guān)鍵的模具、工裝設備以及制造工藝、原材料都來(lái)自歐美國家。

20世紀80年代，我國首次引進(jìn)了三臺風(fēng)力發(fā)電機組，開(kāi)始嘗試風(fēng)力發(fā)電機組的開(kāi)發(fā)。1996年開(kāi)始，隨著(zhù)“乘風(fēng)工程”、科技支撐計劃等一系列項目的實(shí)施，國內開(kāi)始發(fā)展風(fēng)電技術(shù)。

也正是在那個(gè)時(shí)候，北京玻璃鋼研究設計院（下稱(chēng)“北玻院”）開(kāi)始改制成企業(yè)。因為在復合材料技術(shù)方面有著(zhù)多年的技術(shù)積淀，它們決定進(jìn)軍風(fēng)電葉片領(lǐng)域。

中材科技股份有限公司黨委書(shū)記、董事長(cháng)薛忠民說(shuō)：“真正用到風(fēng)電葉片，我們還缺氣動(dòng)設計、結構設計，以及完整的產(chǎn)品設計，咱們要數據庫沒(méi)數據庫，要經(jīng)驗沒(méi)經(jīng)驗，在前幾年，主要精力還是在技術(shù)上補短板，跟跑?！?/p>

2005年，北玻院成立了風(fēng)電葉片研發(fā)項目組，并決定先派5個(gè)人去哈爾濱絕緣材料廠(chǎng)共同開(kāi)發(fā)風(fēng)電葉片。從中關(guān)村出發(fā)，風(fēng)電葉片研發(fā)項目組5個(gè)人各自扛著(zhù)一臺電腦就出發(fā)了，一去便是五個(gè)月。

在艱難的條件下，從模具開(kāi)發(fā)到產(chǎn)品研發(fā)，一邊是中材科技風(fēng)電葉片研發(fā)項目組與哈爾濱絕緣材料廠(chǎng)聯(lián)合開(kāi)發(fā)國內第一套1.2兆瓦的葉片；另一邊是中復連眾在風(fēng)力機葉片生產(chǎn)線(xiàn)及技術(shù)上的發(fā)力。

2005年，中復連眾抓住國家大力鼓勵和扶持國內風(fēng)電制造業(yè)發(fā)展的契機，從德國引進(jìn)1.5兆瓦風(fēng)力機葉片生產(chǎn)線(xiàn)及技術(shù)，成為國內首家從事兆瓦級葉片制造的企業(yè)。

至此，大型葉片在國內的發(fā)展經(jīng)歷了四個(gè)階段，分別是制造技術(shù)引進(jìn)、制造技術(shù)研發(fā)、設計技術(shù)起步和全面自主設計。

因風(fēng)資源特性的差異，以及葉片設計、制造理念不同，從歐美國家購買(mǎi)的專(zhuān)利技術(shù)到期后還有很多問(wèn)題需要解決。這些技術(shù)不是照搬照抄就能解決的，需要企業(yè)不斷探索新知，擁有自己的核心技術(shù)。

風(fēng)電葉片主要由增強材料、夾芯材料、基體材料、表面涂料及不同部分之間的結構膠組成。葉片80%以上的成本來(lái)自原材料，而60%的原材料成本來(lái)自增強材料與基體樹(shù)脂。

目前，市面上的增強材料主要由玻璃纖維組成。隨著(zhù)葉片越來(lái)越長(cháng)，對材料性能的要求也在不斷提高。在業(yè)內人士看來(lái)，傳統的玻璃纖維材料急需性能更強的材料替代，而碳纖維是目前最佳的材料之一。碳纖維的主要特征是質(zhì)量輕、強度高、模量高、耐腐蝕、抗疲勞等，是一種常常被應用于航空航天、基礎設施、工業(yè)領(lǐng)域的碳主鏈結構的高性能纖維材料。

采用碳纖維的葉片不僅有效減輕了葉片質(zhì)量，還提高了葉片剛度和強度。

據了解，主梁一般會(huì )占風(fēng)電葉片整體重量的三分之一，是支撐整支葉片的關(guān)鍵構件。使用碳纖維主梁，能夠在最大程度控制成本的前提下，保證葉片強度和剛度，降低整體重量。

早在2014年，中復連眾就下線(xiàn)了應用碳纖維主梁的75米葉片，采用真空導入工藝。之后，該企業(yè)又采用碳纖維預浸料制造碳纖維主梁。

目前，中復連眾自主開(kāi)發(fā)的76米碳纖維預浸料主梁葉片已生產(chǎn)220套；由某整機商提供設計的90米碳纖維預浸料主梁葉片，共生產(chǎn)44套?！爸袕瓦B眾正在研發(fā)其他碳纖維利用技術(shù)，為整機商制造超百米級的碳纖維葉片?！眲⑿l生介紹。

在對引進(jìn)技術(shù)消化吸收后，中復連眾形成了涵蓋葉片設計、材料測試評價(jià)、關(guān)鍵工裝設備開(kāi)發(fā)、葉片制造及全尺寸結構試驗等完善的技術(shù)創(chuàng )新體系。

123米葉片下線(xiàn)

中復連眾不斷攻克更高強度的葉根連接技術(shù)，實(shí)現了將特定直徑葉根承載能力提升20%的重大突破。中復連眾現有9個(gè)系列140余個(gè)型號的產(chǎn)品，量產(chǎn)的葉片最大長(cháng)度已經(jīng)超過(guò)120米。

02國產(chǎn)化替代

2006年1月1日，《可再生能源法》實(shí)施。在一系列國家政策支持下，中國風(fēng)電市場(chǎng)規模迅速擴大，裝機容量快速增長(cháng)，同時(shí)也帶動(dòng)了風(fēng)電葉片行業(yè)的迅速發(fā)展。

正是在這個(gè)時(shí)期，中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司在北玻院的基礎上組建成立。

風(fēng)電葉片，從研發(fā)到批量生產(chǎn)，是一個(gè)艱難的過(guò)程。

中材葉片技術(shù)總監魯曉鋒說(shuō)：“葉片看起來(lái)簡(jiǎn)單，但實(shí)際上工藝很復雜，設計和制作都很難。結構上，葉片實(shí)際上是個(gè)懸臂梁，一端固定、一端自由，看著(zhù)是剛性的，實(shí)際上風(fēng)來(lái)了以后，它得往一邊繞一下，整個(gè)是比較復雜的結構設計，葉片越大越容易彎曲，所以需要抗彎，在大的同時(shí)，又要重量輕?！?/p>

臨近2007年春節，原本是高興的日子，中材葉片風(fēng)電項目組團隊成員之間恨不得見(jiàn)了面就要打架，因為有爭論、有分歧。

“當時(shí)真的陷入了迷茫之中?！?薛忠民說(shuō)，“有那么一兩個(gè)月陷入了停頓狀態(tài)，出一支葉片的主梁，有皺褶，出一支報廢一支。主梁發(fā)揮主承力作用，所以它有點(diǎn)皺褶，將來(lái)有可能就是破壞點(diǎn)?！?/p>

報廢一個(gè)梁就是一二十萬(wàn)，相當于報廢了一輛小轎車(chē)。頂著(zhù)高壓經(jīng)過(guò)近半年的痛苦磨煉，中材葉片第一支可批量生產(chǎn)的40.25米葉片終于試制成功，這是當年我國自主研發(fā)和制造的國內最長(cháng)的風(fēng)電葉片。中材葉片創(chuàng )新性地把液體成型技術(shù)應用于風(fēng)電葉片的生產(chǎn)制造，徹底改變了葉片行業(yè)原來(lái)傳統的手糊制作方式。在跨過(guò)了這個(gè)關(guān)鍵門(mén)檻之后，中材葉片開(kāi)始走上了發(fā)展的道路。

在不同的時(shí)代，風(fēng)電葉片面臨的挑戰也不同。受全球新冠肺炎疫情影響，全球大宗商品不斷漲價(jià)，其中也包括碳纖維。

一邊是原材料價(jià)格上漲，一邊是碳纖維材料在風(fēng)電葉片領(lǐng)域需求量的不斷提高。有統計信息顯示，2016年，碳纖維材料在風(fēng)電葉片領(lǐng)域以1.8萬(wàn)噸的需求量取代航空航天，成為全球碳纖維市場(chǎng)需求最大的領(lǐng)域。2021年，全球風(fēng)電葉片碳纖維使用量為3萬(wàn)噸，中國風(fēng)電葉片用碳纖維需求量高達2萬(wàn)噸，占全國碳纖維需求總量的40%左右。

據全球碳纖維復合材料市場(chǎng)報告測算，隨著(zhù)全球對清潔能源需求的不斷增長(cháng)，到2025年，風(fēng)電碳纖維需求量將達到9.73萬(wàn)噸，增長(cháng)率達到210.8%。

有業(yè)內人士透露，實(shí)際上，我國碳纖維市場(chǎng)供應仍然較為依賴(lài)進(jìn)口，除了碳纖維本身的性能外，影響碳纖維增強復合材料性能的還有結構膠和樹(shù)脂的配方，并且涉及復雜的生產(chǎn)過(guò)程和固化工藝。

隨著(zhù)原材料價(jià)格的上漲，碳纖維葉片的性?xún)r(jià)比大打折扣，過(guò)高的價(jià)格影響碳纖維葉片進(jìn)一步規?；瘧?。

其實(shí)早在2015年，中材葉片已開(kāi)發(fā)了一款長(cháng)達77米的海上碳纖維主梁葉片?！?7米的葉片在當時(shí)是最長(cháng)的葉片之一， 現在還在江蘇運行?！敝胁娜~片相關(guān)人員介紹，“實(shí)際上，77米碳纖維主梁葉片的設計在2013年就開(kāi)始了?！?/p>

之所以77米的海上碳纖維主梁葉片在2015年才下線(xiàn)，原因是中國建材集團全資子公司泰山玻璃纖維有限公司（下稱(chēng)“泰山玻纖”）推出了新一代的高模玻璃纖維。至此，中材葉片開(kāi)始使用高模拉擠玻纖梁，推出了80米以上級別的全玻纖葉片。

目前，中材葉片采用了最先進(jìn)的高性能翼型和碳纖維拉擠技術(shù)研發(fā)最新海上葉片。與此同時(shí)，中復連眾也在不斷優(yōu)化設計和工藝方案，來(lái)控制葉片生產(chǎn)制造成本。

中復連眾由此推出了PSC拉擠主梁葉片、SRU預埋葉根、LPV2雷電系統、高性能降噪鋸齒等新技術(shù)，解決了一些風(fēng)電葉片大型化卡脖子難題。

以PSC拉擠主梁葉片為例，將拉擠工藝應用在玻璃纖維主梁的制造上發(fā)現，玻璃纖維拉擠主梁與玻璃纖維灌注主梁相比有諸多優(yōu)勢，包括效率高、成本低、質(zhì)量穩定性好，且不用改變葉片設計，不需要增加模具和輔料等。

可以說(shuō)，拉擠玻璃纖維主梁不斷續寫(xiě)葉片長(cháng)度的記錄，推高碳纖維在葉片上應用的最佳性?xún)r(jià)比長(cháng)度，成為碳纖維最有力的競爭者，除非碳纖維材料成本能夠得到一定降低，或是拉擠玻璃纖維主梁技術(shù)發(fā)展遇到新的瓶頸。

據統計，目前具備拉擠復合材料板材研發(fā)、生產(chǎn)制造能力的生產(chǎn)廠(chǎng)、葉片廠(chǎng)商以及行業(yè)內其他第三方設計機構接近30家。還有部分企業(yè)選擇了一條折中的技術(shù)研發(fā)方向，即碳?；熘髁喝~片。這是一種將碳纖維與玻璃纖維混合拉擠成型的新材料，主要應用于主梁。碳?；熘髁喝~片綜合了玻璃纖維的低成本和碳纖維的高性能優(yōu)點(diǎn)。

碳?；炖瓟D葉片相比玻璃纖維葉片要求更精細的生產(chǎn)管控水平，包括針對結構強度和防雷系統的生產(chǎn)工藝流程。同時(shí)，也需要更高的打磨精度和防雷系統接口的工藝控制。與相同規格傳統工藝的玻璃纖維葉片相比，碳?；熘髁喝~片可減重20%，但由于使用了一部分碳纖維材料，目前相比玻璃纖維主梁葉片無(wú)法實(shí)現降本。

03整裝升級

YD110葉片的探索遠不止此。

中復連眾在材料體系篩選、片材設計、細節結構設計上進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng )新，使它既擁有高Cp（風(fēng)能利用系數）、抗失速等優(yōu)良的氣動(dòng)性能，又具有高可制造性、可靠性和性?xún)r(jià)比。

在材料方面，與玻璃纖維相比，采用碳纖維可以大大降低葉片重量，但成本較高。中復連眾創(chuàng )造性地根據葉片受力特點(diǎn)，在PS面（迎風(fēng)面）和SS面（背風(fēng)面）分別采用碳纖維與玻璃纖維增強材料的結構設計，充分發(fā)揮兩種材料的性能優(yōu)勢，兼顧減重和成本控制，達到材料的最佳性?xún)r(jià)比。

在工藝創(chuàng )新上，2019年，中復連眾在國內率先將玻璃纖維拉擠板成功批量應用于40米葉片上，110米葉片則沿用了中復連眾在這一技術(shù)上積累的經(jīng)驗。

此次YD110采用的拉擠工藝也是目前復合材料工藝中纖維性能轉化效率最高、低成本、高質(zhì)量穩定的制造工藝，連續成型易于自動(dòng)化，適用于大批量生產(chǎn)。

葉片大梁由碳纖維拉擠片材組裝而成，鋪層工藝簡(jiǎn)單，能夠有效解決真空灌注工藝材料性能偏低、易出現褶皺和灌注不良等缺陷問(wèn)題，且制作時(shí)間只有灌注工藝的一半。組裝后的葉片大梁可以與葉片殼體一體灌注，對提高風(fēng)電葉片質(zhì)量、減重降載發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

另外，考慮到葉片的長(cháng)度和重量，不同于以往的“主梁+后緣輔梁”結構，YD110葉片采用了創(chuàng )新的結構及同步預制技術(shù)，減少了大面積多種類(lèi)纖維布鋪放對主模具的占用，同時(shí)提升了現場(chǎng)鋪層質(zhì)量的穩定性。

海上風(fēng)電葉片大型化導致葉片重量的增加，葉根需要承受越來(lái)越大的載荷，提高葉根連接強度可以減少螺栓數量、縮小根部直徑，實(shí)現葉片的減重和降本，并具有高可靠性。

通過(guò)與國外機構合作，對多項制造工差及影響因素進(jìn)行研究，中復連眾在全球首次完成生產(chǎn)安全因子γm3=1.0的風(fēng)電葉片根部連接設計、測試評價(jià)方法研究以及部件認證，采用根部預埋螺栓套自動(dòng)纏紗技術(shù)，有效控制了纏紗張力和外形尺寸，大幅提升葉根質(zhì)量和預埋螺栓套的承載力，為未來(lái)更大的海上風(fēng)電葉片開(kāi)發(fā)奠定了基礎。

此外，在模具設計制造技術(shù)創(chuàng )新方面，YD110葉片所用到的水加熱模具也創(chuàng )造了最長(cháng)紀錄，在確?？煽啃愿?、溫差小的同時(shí)，實(shí)現了分區、分段控溫和自動(dòng)控制。

近年來(lái)，中復連眾持續完善科技創(chuàng )新體制機制，不斷提升科技創(chuàng )新能力。2022年1-7月，研發(fā)經(jīng)費投入占比4.61%。2022年4月20日，中復連眾南京研發(fā)中心正式啟用，標志著(zhù)中復連眾在已有的5個(gè)國家級、省級技術(shù)創(chuàng )新平臺的基礎上，又增加1個(gè)創(chuàng )新平臺。

目前，中復連眾已經(jīng)建成江蘇省海上風(fēng)電葉片設計與制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室，形成設計、制造、檢測、運維等全產(chǎn)業(yè)鏈的解決方案，努力助力行業(yè)發(fā)展。