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米葉片在中復連眾低調(diào)下線。在我國風電前兩年發(fā)展不暢，且海上風電開發(fā)還未取得突破性進展的背景下，這樣的動作不禁令人唏噓：一是我國海上風電是否將有新的突破；二是本已保持著本土廠商葉片產(chǎn)品長度記錄的中復連眾又推出更長的產(chǎn)品，目的何在？
中復連眾總經(jīng)理喬光輝在談到這兩個問題時，向記者表達的更像是一種決心：
“中復連眾作為風電行業(yè)堅定的參與者，相信行業(yè)即便暫時碰到點困難，也無法掩蓋風電這種可再生能源的發(fā)展前景。”喬光輝說，“另外，去年的一些信號說明海上風電的發(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產(chǎn)品。”
姑且拋去該葉片下線的結果不談，只從該葉片較長的研發(fā)進程上看，其誕生很符合中復連眾歷年的產(chǎn)品研發(fā)規(guī)律，有很強的合理性。
在2010年推出62米5兆瓦葉片后，中復連眾根據(jù)客戶需求，通過結構的重新設計，將其升級為6兆瓦機組配套產(chǎn)品，但其技術經(jīng)濟特性“不見得是最理想的。”因此，該公司早就開始了更長葉片的開發(fā)。
另外，開發(fā)75米葉片也與相關整機商的產(chǎn)品步伐有關。該葉片的開發(fā)正是某海上風電場開發(fā)項目的一部分，且早已確定了目標用戶。“中復連眾也有競爭對手，甚至包括外企，用哪家的葉片還需要通過檢測確定。”喬光輝說。
喬光輝所提到的項目位于上海，已經(jīng)確定的整機商正是中復連眾的傳統(tǒng)合作伙伴，與中復連眾曾相互成全為各自領域的佼佼者。但與此同時，該項目中開發(fā)商也非常關注機組的選型，甚至對零部件企業(yè)也有要求。
中復連眾對這款75米葉片的設計，可以追溯到2011年，但因為整機商最終選擇了改款的62米葉片進行配套，使其研發(fā)工作有所推后。“另外國內(nèi)的海上風電項目也一直在延期，沒有什么大的突破，促使葉片開發(fā)進度拉長。”中復連眾副總經(jīng)理劉衛(wèi)生解釋。
在75米葉片的研發(fā)過程中，中復連眾于2007年在德國設立的SINOI公司因具有較強的科研能力，對這項工作給予了一定支持。但在具體的設計上，則主要是與另一家德國設計公司合作完成。中復連眾在其中所參與的內(nèi)容，主要體現(xiàn)在結構設計、材料測試、選型、工藝設計、模具設計和制造等方面。
重點參與結構設計，中復連眾來說有一定基礎。早在研制62米葉片時，該公司就采用了類似的手法，既規(guī)避了數(shù)千萬的投資風險，又保證了公司內(nèi)部具有結構設計調(diào)整能力，為后續(xù)產(chǎn)品推出打下基礎。例如，其為湘電風能所配套的62米葉片，就與為華銳配套的62米葉片在結構設計和連接方式上有一定的差別。
劉衛(wèi)生介紹，國外設計公司的設計一般比較保守。這也正好符合中復連眾更加關注產(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。
除了長度外，75米葉片所使用的材料在國內(nèi)也屬于一次突破性的嘗試。事實上，中復連眾此番推出的75米葉片，并非只是采用玻璃纖維材料的產(chǎn)品，同時還有一款碳纖維的設計。這樣做的目的，是對兩者進行一系列的對比試驗。這些對比主要體現(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程中，材料廠商的參與和材料來源極為重要。
據(jù)了解，中復集團內(nèi)部不但有中復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，中復連眾也在制造碳纖維復合芯導線，對于碳纖維產(chǎn)品的研發(fā)具有先天優(yōu)勢。因此，出于對未來大批量產(chǎn)品成本的考慮，中復連眾在對75米碳纖維葉片進行選材的過程中，對數(shù)家材料廠商的產(chǎn)品進行了對比檢測與評價，意圖在進口與國產(chǎn)材料中進行最優(yōu)化的選擇。
最終，處于保守起見，中復連眾選擇了以進口為主、國產(chǎn)為輔的配料方案，將國產(chǎn)材料與進口材料配合使用。
“大量測試的結果表明，國產(chǎn)材料沒問題，目前主要考察穩(wěn)定性。國產(chǎn)材料來自于集團內(nèi)部，風電行業(yè)如果用了，使用量將比較大。”劉衛(wèi)生說。
同時，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)中復連眾連云港葉片廠長任根群介紹，風電葉片主梁的作用主要是增加強度和剛度，相當于船的龍骨，人的脊柱。無論葉片長短，主梁至關重要。而在大葉片上使用碳纖維主梁的想法，中復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，制造工藝為預浸料技術。”劉衛(wèi)生談到。
但由于多種原因，預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，需要更長的灌注時間和更小的粘度，應該說75米碳纖維葉片是由于工藝的突破而獲得技術上的進步。用真空灌注工藝做成碳纖維主梁，中復連眾在國內(nèi)應該說是第一家。”劉衛(wèi)生說。
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。這一點被直接反應在主梁的重量上：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浸料工藝的重約700公斤。
雖然未使用預浸料工藝，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)測算，一只接近2噸的主梁，其材料成本即達到40萬左右。而且由于制造主梁的碳纖維織物不能重復利用，在進行研制的過程中有廢棄的可能。同時，由于采用真空灌注的模具成本也比較高，從而產(chǎn)生了一定的投資風險。
在碳纖維葉片與玻璃纖維葉片的比對中，重量是最為的關鍵的因素之一。
“隨著葉片的大型化，使用碳纖維是有必要性的，因為葉片減輕了重量的同時，也減少了對其他部件的載荷要求。但碳纖維價格高，處于中國市場不得不考慮成本問題，所以75米碳纖維葉片推向市場會有來自成本的一些壓力。因此我們也做了玻璃纖維產(chǎn)品，想通過對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，市場會更容易接受。”喬光輝說：“同時，我們也想了解碳纖維產(chǎn)品重量的減輕，對整個機組提高效率和降低成本有多大好處，期望在實際應用當中相互比較一下兩者的區(qū)別。”
根據(jù)測算，葉片越長，使用碳纖維材料就越有優(yōu)勢，因為碳纖維材料不但輕，而且強度很高，從而在使主梁重量有效降低的同時，還可以使葉片其他部分減重。更高的強度促使被減輕的重量在更長的葉片身上幾何式增長，從而使更長的葉片在使用碳纖維材料時，綜合成本更低。
雖然理論如此，但劉衛(wèi)生坦言，按照幾年前的設計理念，長達75米的葉片使用玻璃纖維材料幾乎不可能，但現(xiàn)在看來，即使是用了也無非是重了一些。
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支葉片合計減重約21噸。雖然這已經(jīng)是一個相當引人注目的數(shù)據(jù)，但由于6兆瓦機組的其他部件遠遠超過了這個重量，對于一些不同設計理念的整機商來說，意義或許并不太大。
例如國外某整機商，寧愿將機艙和基礎等機械部分做重一些，采用分段葉片，也不去通過材料的改進換取更輕的重量，這與整機商的整體設計理念有關。
在進行重量對比的同時，成本也是兩類葉片對比的另一要素。
目前國內(nèi)用戶對碳纖維葉片的產(chǎn)能、技術、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格超出玻璃纖維葉片過多，重量卻比其輕不了太多，那么它將很難獲得市場認可。
實際上，中復連眾在很久之前就曾試圖通過對比試驗，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、強度、價格經(jīng)簡單核算差距明顯，一直不存在可比性，直到當下這樣的對比才有意義。
“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)在相對來講是一個比較好的時機，初步來看我們認為值得做了。”劉衛(wèi)生說。
除分別制造75米玻璃纖維和碳纖維葉片的目的為對比試驗外，中復連眾對該葉片的制造過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連眾的制造能力。”喬光輝對記者說。
75米葉片的制造過程，與常規(guī)風電葉片并沒有本質(zhì)差別。從操作層面上來看，第一步是制作玻璃纖維或碳纖維主梁預制件，然后是在模具上根據(jù)工藝要求一層層的鋪設玻璃纖維織物等，進行真空注膠，固化后安裝筋板、合模。
在這個過程中，75米碳纖維葉片與常規(guī)葉片略微不同的步驟體現(xiàn)在幾個細節(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。
記者對兩只預制生產(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制件的旁邊，為玻璃纖維材質(zhì)。據(jù)任根群介紹，整個碳纖維主梁渾然一體，是通過數(shù)十層碳纖維織物鋪出來的，每層織物的起始點和終結點，乃至長度都不一樣。根據(jù)受力點不同，設計要求最長的一層織物長近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，但當時是按照預浸料工藝的要求制造的，在確定使用真空灌注工藝后，技術人員對該模具的加熱方式和設備進行了改進。同時，中復連眾使用班組作業(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，中復連眾制造一只75米葉片大約需要一周時間，如果遇到時間有限的大批量訂單，其制造效率主要會被限制在只有一套模具上，需要再增加模具數(shù)量。
“它對工人的操作技能要求更高，使得工人技術能力也有提高。在該葉片上使用的一些改進，小葉型也能夠用上。”任根群說。
另外，該葉片也考驗著中復連眾的生產(chǎn)空間和運輸能力，在這兩個方面，其連云港葉片工廠發(fā)揮了重要優(yōu)勢。
據(jù)記者觀察，由于還未噴刷涂料，已經(jīng)生產(chǎn)出來的75葉片無法放在連云港葉片工廠的空地上，而是架在車間里。這樣一個長120米、寬30米的車間，也只能放下一套模具和一只葉片。中復連眾連云港葉片工廠占地達688畝，僅此類大小的車間就有數(shù)十個，雖然隱性的生產(chǎn)和存放成本頗高，但對于該工廠來說，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，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米葉片長出不少，但經(jīng)過測算，由于葉片所占的寬度還在可承受范圍，未來該葉片的運輸仍將采用與62米葉片相同的方式。
“陸上運輸車為特種車輛，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小時，但運75米葉片是一個很費勁的工作，需要專門的一個團隊去指揮，昨天我們剛運走一只62米葉片。”任根群說。
中復連眾75米葉片的下線，為國產(chǎn)碳纖維葉片與玻璃纖維葉片之間的對比提供了有益嘗試，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，中復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，中復連眾正在建設10兆瓦風電葉片試驗臺，以形成對“超長”葉片進行測試的能力。不久的將來，這里或?qū)⒂瓉肀?5米更長的葉片。
