一邊是成本略低的玻璃纖維，一邊是重量更輕的碳纖維，成本與重量如何取舍，材料與技術(shù)怎樣演變，75米葉片承載的挑戰(zhàn)并不輕松。
2014年開春，75米葉片在中復(fù)連眾低調(diào)下線。在我國(guó)風(fēng)電前兩年發(fā)展不暢，且海上風(fēng)電開發(fā)還未取得突破性進(jìn)展的背景下，這樣的動(dòng)作不禁令人唏噓：一是我國(guó)海上風(fēng)電是否將有新的突破；二是本已保持著本土廠商葉片產(chǎn)品長(zhǎng)度記錄的中復(fù)連眾又推出更長(zhǎng)的產(chǎn)品，目的何在？
中復(fù)連眾總經(jīng)理喬光輝在談到這兩個(gè)問(wèn)題時(shí)，向記者表達(dá)的更像是一種決心：
“中復(fù)連眾作為風(fēng)電行業(yè)堅(jiān)定的參與者，相信行業(yè)即便暫時(shí)碰到點(diǎn)困難，也無(wú)法掩蓋風(fēng)電這種可再生能源的發(fā)展前景。”喬光輝說(shuō)，“另外，去年的一些信號(hào)說(shuō)明海上風(fēng)電的發(fā)展盡管步伐還不確定，但有加快的可能，因此有必要推出這個(gè)產(chǎn)品。”
姑且拋去該葉片下線的結(jié)果不談，只從該葉片較長(zhǎng)的研發(fā)進(jìn)程上看，其誕生很符合中復(fù)連眾歷年的產(chǎn)品研發(fā)規(guī)律，有很強(qiáng)的合理性。
在2010年推出62米5兆瓦葉片后，中復(fù)連眾根據(jù)客戶需求，通過(guò)結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)，將其升級(jí)為6兆瓦機(jī)組配套產(chǎn)品，但其技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性“不見得是最理想的。”因此，該公司早就開始了更長(zhǎng)葉片的開發(fā)。
另外，開發(fā)75米葉片也與相關(guān)整機(jī)商的產(chǎn)品步伐有關(guān)。該葉片的開發(fā)正是某海上風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)項(xiàng)目的一部分，且早已確定了目標(biāo)用戶。“中復(fù)連眾也有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，甚至包括外企，用哪家的葉片還需要通過(guò)檢測(cè)確定。”喬光輝說(shuō)。
喬光輝所提到的項(xiàng)目位于上海，已經(jīng)確定的整機(jī)商正是中復(fù)連眾的傳統(tǒng)合作伙伴，與中復(fù)連眾曾相互成全為各自領(lǐng)域的佼佼者。但與此同時(shí)，該項(xiàng)目中開發(fā)商也非常關(guān)注機(jī)組的選型，甚至對(duì)零部件企業(yè)也有要求。
中復(fù)連眾對(duì)這款75米葉片的設(shè)計(jì)，可以追溯到2011年，但因?yàn)檎麢C(jī)商最終選擇了改款的62米葉片進(jìn)行配套，使其研發(fā)工作有所推后。“另外國(guó)內(nèi)的海上風(fēng)電項(xiàng)目也一直在延期，沒有什么大的突破，促使葉片開發(fā)進(jìn)度拉長(zhǎng)。”中復(fù)連眾副總經(jīng)理劉衛(wèi)生解釋。
在75米葉片的研發(fā)過(guò)程中，中復(fù)連眾于2007年在德國(guó)設(shè)立的SINOI公司因具有較強(qiáng)的科研能力，對(duì)這項(xiàng)工作給予了一定支持。但在具體的設(shè)計(jì)上，則主要是與另一家德國(guó)設(shè)計(jì)公司合作完成。中復(fù)連眾在其中所參與的內(nèi)容，主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料測(cè)試、選型、工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和制造等方面。
重點(diǎn)參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，中復(fù)連眾來(lái)說(shuō)有一定基礎(chǔ)。早在研制62米葉片時(shí)，該公司就采用了類似的手法，既規(guī)避了數(shù)千萬(wàn)的投資風(fēng)險(xiǎn)，又保證了公司內(nèi)部具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)整能力，為后續(xù)產(chǎn)品推出打下基礎(chǔ)。例如，其為湘電風(fēng)能所配套的62米葉片，就與為華銳配套的62米葉片在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和連接方式上有一定的差別。
劉衛(wèi)生介紹，國(guó)外設(shè)計(jì)公司的設(shè)計(jì)一般比較保守。這也正好符合中復(fù)連眾更加關(guān)注產(chǎn)品質(zhì)量的理念。雖然重量不太輕，但可以獲得更多的發(fā)電量和更高的可靠性。
除了長(zhǎng)度外，75米葉片所使用的材料在國(guó)內(nèi)也屬于一次突破性的嘗試。事實(shí)上，中復(fù)連眾此番推出的75米葉片，并非只是采用玻璃纖維材料的產(chǎn)品，同時(shí)還有一款碳纖維的設(shè)計(jì)。這樣做的目的，是對(duì)兩者進(jìn)行一系列的對(duì)比試驗(yàn)。這些對(duì)比主要體現(xiàn)在材料、制造工藝、重量、成本以及性能等方面。
在該款葉片的研制過(guò)程中，材料廠商的參與和材料來(lái)源極為重要。
據(jù)了解，中復(fù)集團(tuán)內(nèi)部不但有中復(fù)連眾這樣的玻璃纖維產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)，也擁有碳纖維產(chǎn)品制造企業(yè)，同時(shí)，中復(fù)連眾也在制造碳纖維復(fù)合芯導(dǎo)線，對(duì)于碳纖維產(chǎn)品的研發(fā)具有先天優(yōu)勢(shì)。因此，出于對(duì)未來(lái)大批量產(chǎn)品成本的考慮，中復(fù)連眾在對(duì)75米碳纖維葉片進(jìn)行選材的過(guò)程中，對(duì)數(shù)家材料廠商的產(chǎn)品進(jìn)行了對(duì)比檢測(cè)與評(píng)價(jià)，意圖在進(jìn)口與國(guó)產(chǎn)材料中進(jìn)行最優(yōu)化的選擇。
最終，處于保守起見，中復(fù)連眾選擇了以進(jìn)口為主、國(guó)產(chǎn)為輔的配料方案，將國(guó)產(chǎn)材料與進(jìn)口材料配合使用。
“大量測(cè)試的結(jié)果表明，國(guó)產(chǎn)材料沒問(wèn)題，目前主要考察穩(wěn)定性。國(guó)產(chǎn)材料來(lái)自于集團(tuán)內(nèi)部，風(fēng)電行業(yè)如果用了，使用量將比較大。”劉衛(wèi)生說(shuō)。
同時(shí)，制造工藝的突破也使得碳纖維葉片與玻璃纖維葉片在諸多方面更加接近。
資料顯示，目前所出現(xiàn)的碳纖維葉片，主要以在主梁上使用碳纖維為主。據(jù)中復(fù)連眾連云港葉片廠長(zhǎng)任根群介紹，風(fēng)電葉片主梁的作用主要是增加強(qiáng)度和剛度，相當(dāng)于船的龍骨，人的脊柱。無(wú)論葉片長(zhǎng)短，主梁至關(guān)重要。而在大葉片上使用碳纖維主梁的想法，中復(fù)連眾的管理層很早之前就有所考慮。
“在2011年我們就想在62米葉片上使用碳纖維主梁，制造工藝為預(yù)浸料技術(shù)。”劉衛(wèi)生談到。
但由于多種原因，預(yù)浸料工藝最終未能在62米和75米葉片中使用。而在75米碳纖維葉片的主梁上，中復(fù)連眾采用的是了另一種碳纖維制造工藝——真空灌注。
“碳纖葉片的真空灌注工藝與玻纖葉片的工藝非常接近，等于避開了預(yù)浸料環(huán)節(jié)。這主要得益于選擇了一種合適的樹脂體系，但它與做玻纖葉片的樹脂還是略有差別，需要更長(zhǎng)的灌注時(shí)間和更小的粘度，應(yīng)該說(shuō)75米碳纖維葉片是由于工藝的突破而獲得技術(shù)上的進(jìn)步。用真空灌注工藝做成碳纖維主梁，中復(fù)連眾在國(guó)內(nèi)應(yīng)該說(shuō)是第一家。”劉衛(wèi)生說(shuō)。
然而，以真空灌注工藝生產(chǎn)出的碳纖維主梁，在拉伸性能、彎曲模量方面與使用預(yù)浸料工藝的產(chǎn)品相比還有差距，因此為了保證性能而使用了更多的材料。這一點(diǎn)被直接反應(yīng)在主梁的重量上：一只75米葉片所需的兩根碳纖維主梁，采用真空灌注工藝的重量比采用預(yù)浸料工藝的重約700公斤。
雖然未使用預(yù)浸料工藝，但即使用了真空灌注工藝制造碳纖維主梁，其投入也是巨大的。據(jù)測(cè)算，一只接近2噸的主梁，其材料成本即達(dá)到40萬(wàn)左右。而且由于制造主梁的碳纖維織物不能重復(fù)利用，在進(jìn)行研制的過(guò)程中有廢棄的可能。同時(shí)，由于采用真空灌注的模具成本也比較高，從而產(chǎn)生了一定的投資風(fēng)險(xiǎn)。
在碳纖維葉片與玻璃纖維葉片的比對(duì)中，重量是最為的關(guān)鍵的因素之一。
“隨著葉片的大型化，使用碳纖維是有必要性的，因?yàn)槿~片減輕了重量的同時(shí)，也減少了對(duì)其他部件的載荷要求。但碳纖維價(jià)格高，處于中國(guó)市場(chǎng)不得不考慮成本問(wèn)題，所以75米碳纖維葉片推向市場(chǎng)會(huì)有來(lái)自成本的一些壓力。因此我們也做了玻璃纖維產(chǎn)品，想通過(guò)對(duì)比看看玻璃纖維的產(chǎn)品是不是雖然重一些，但成本也低一些，市場(chǎng)會(huì)更容易接受。”喬光輝說(shuō)：“同時(shí)，我們也想了解碳纖維產(chǎn)品重量的減輕，對(duì)整個(gè)機(jī)組提高效率和降低成本有多大好處，期望在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中相互比較一下兩者的區(qū)別。”
根據(jù)測(cè)算，葉片越長(zhǎng)，使用碳纖維材料就越有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樘祭w維材料不但輕，而且強(qiáng)度很高，從而在使主梁重量有效降低的同時(shí)，還可以使葉片其他部分減重。更高的強(qiáng)度促使被減輕的重量在更長(zhǎng)的葉片身上幾何式增長(zhǎng)，從而使更長(zhǎng)的葉片在使用碳纖維材料時(shí)，綜合成本更低。
雖然理論如此，但劉衛(wèi)生坦言，按照幾年前的設(shè)計(jì)理念，長(zhǎng)達(dá)75米的葉片使用玻璃纖維材料幾乎不可能，但現(xiàn)在看來(lái)，即使是用了也無(wú)非是重了一些。
據(jù)介紹，75米碳纖維葉片比相同葉型的玻璃纖維葉片輕約7噸，3支葉片合計(jì)減重約21噸。雖然這已經(jīng)是一個(gè)相當(dāng)引人注目的數(shù)據(jù)，但由于6兆瓦機(jī)組的其他部件遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了這個(gè)重量，對(duì)于一些不同設(shè)計(jì)理念的整機(jī)商來(lái)說(shuō)，意義或許并不太大。
例如國(guó)外某整機(jī)商，寧愿將機(jī)艙和基礎(chǔ)等機(jī)械部分做重一些，采用分段葉片，也不去通過(guò)材料的改進(jìn)換取更輕的重量，這與整機(jī)商的整體設(shè)計(jì)理念有關(guān)。
在進(jìn)行重量對(duì)比的同時(shí)，成本也是兩類葉片對(duì)比的另一要素。
目前國(guó)內(nèi)用戶對(duì)碳纖維葉片的產(chǎn)能、技術(shù)、可靠性等諸多方面缺乏充分了解，首要選擇是玻璃纖維葉片。如果碳纖維葉片的價(jià)格超出玻璃纖維葉片過(guò)多，重量卻比其輕不了太多，那么它將很難獲得市場(chǎng)認(rèn)可。
實(shí)際上，中復(fù)連眾在很久之前就曾試圖通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，核算碳纖維葉片與玻璃纖維葉片在重量和成本之間的差異。但由于葉片重量、強(qiáng)度、價(jià)格經(jīng)簡(jiǎn)單核算差距明顯，一直不存在可比性，直到當(dāng)下這樣的對(duì)比才有意義。
“在40多米到62米的葉片上都想做碳纖維主梁，但覺得與玻璃纖維葉片相比成本差距明顯，現(xiàn)在相對(duì)來(lái)講是一個(gè)比較好的時(shí)機(jī)，初步來(lái)看我們認(rèn)為值得做了。”劉衛(wèi)生說(shuō)。
除分別制造75米玻璃纖維和碳纖維葉片的目的為對(duì)比試驗(yàn)外，中復(fù)連眾對(duì)該葉片的制造過(guò)程本身就是獲益匪淺的，在制造能力方面有了全面的提升。
“除了科研能力的提高外，75米葉片的研制也提高了中復(fù)連眾的制造能力。”喬光輝對(duì)記者說(shuō)。
75米葉片的制造過(guò)程，與常規(guī)風(fēng)電葉片并沒有本質(zhì)差別。從操作層面上來(lái)看，第一步是制作玻璃纖維或碳纖維主梁預(yù)制件，然后是在模具上根據(jù)工藝要求一層層的鋪設(shè)玻璃纖維織物等，進(jìn)行真空注膠，固化后安裝筋板、合模。
在這個(gè)過(guò)程中，75米碳纖維葉片與常規(guī)葉片略微不同的步驟體現(xiàn)在幾個(gè)細(xì)節(jié)上。首先是碳纖維主梁的制造，其次是加熱方式不同，此外是需要更多人員參與。
記者對(duì)兩只預(yù)制生產(chǎn)的碳纖維主梁觀察發(fā)現(xiàn)，其兩邊較為輕薄，中間明顯增厚，制造該主梁的模具就放在預(yù)制件的旁邊，為玻璃纖維材質(zhì)。據(jù)任根群介紹，整個(gè)碳纖維主梁渾然一體，是通過(guò)數(shù)十層碳纖維織物鋪出來(lái)的，每層織物的起始點(diǎn)和終結(jié)點(diǎn)，乃至長(zhǎng)度都不一樣。根據(jù)受力點(diǎn)不同，設(shè)計(jì)要求最長(zhǎng)的一層織物長(zhǎng)近73米，短的也在50米以上。
據(jù)介紹，75米碳纖維葉片的模具在幾年前就已經(jīng)制造完成，但當(dāng)時(shí)是按照預(yù)浸料工藝的要求制造的，在確定使用真空灌注工藝后，技術(shù)人員對(duì)該模具的加熱方式和設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)。同時(shí)，中復(fù)連眾使用班組作業(yè)的方式提高了作業(yè)效率，生產(chǎn)該葉片僅比生產(chǎn)常規(guī)葉片增加10位工人。根據(jù)目前的產(chǎn)能，中復(fù)連眾制造一只75米葉片大約需要一周時(shí)間，如果遇到時(shí)間有限的大批量訂單，其制造效率主要會(huì)被限制在只有一套模具上，需要再增加模具數(shù)量。
“它對(duì)工人的操作技能要求更高，使得工人技術(shù)能力也有提高。在該葉片上使用的一些改進(jìn)，小葉型也能夠用上。”任根群說(shuō)。
另外，該葉片也考驗(yàn)著中復(fù)連眾的生產(chǎn)空間和運(yùn)輸能力，在這兩個(gè)方面，其連云港葉片工廠發(fā)揮了重要優(yōu)勢(shì)。
據(jù)記者觀察，由于還未噴刷涂料，已經(jīng)生產(chǎn)出來(lái)的75葉片無(wú)法放在連云港葉片工廠的空地上，而是架在車間里。這樣一個(gè)長(zhǎng)120米、寬30米的車間，也只能放下一套模具和一只葉片。中復(fù)連眾連云港葉片工廠占地達(dá)688畝，僅此類大小的車間就有數(shù)十個(gè)，雖然隱性的生產(chǎn)和存放成本頗高，但對(duì)于該工廠來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)和存放大量的75米葉片，也并非難事。
此外，由于該基地臨近港口便于海運(yùn)，3.6兆瓦和5兆瓦葉片也在此處生產(chǎn)。雖然75米葉片比62米葉片長(zhǎng)出不少，但經(jīng)過(guò)測(cè)算，由于葉片所占的寬度還在可承受范圍，未來(lái)該葉片的運(yùn)輸仍將采用與62米葉片相同的方式。
“陸上運(yùn)輸車為特種車輛，前后分為兩節(jié)，中間有桿子相連。雖然從這里到港口開車不到一個(gè)小時(shí)，但運(yùn)75米葉片是一個(gè)很費(fèi)勁的工作，需要專門的一個(gè)團(tuán)隊(duì)去指揮，昨天我們剛運(yùn)走一只62米葉片。”任根群說(shuō)。
中復(fù)連眾75米葉片的下線，為國(guó)產(chǎn)碳纖維葉片與玻璃纖維葉片之間的對(duì)比提供了有益嘗試，為大葉片選材、碳纖維葉片的產(chǎn)業(yè)化研究提供了依據(jù)。也正是在此同時(shí)，中復(fù)連眾的科研水平和制造能力也得到了一定的提升。
據(jù)了解，中復(fù)連眾正在建設(shè)10兆瓦風(fēng)電葉片試驗(yàn)臺(tái)，以形成對(duì)“超長(zhǎng)”葉片進(jìn)行測(cè)試的能力。不久的將來(lái)，這里或?qū)⒂瓉?lái)比75米更長(zhǎng)的葉片。
