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金风科技_赵树椿_浅谈双碳驱动下风电叶片机遇与挑战.pdf

编号：161092

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1、1 GOLDWIND SCIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD.浅谈双碳驱动下风电叶片机遇与挑战金风科技2023年03月30日2 GOLDWIND SCIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD.标题首行8个字最多2行字目录一、背景二、挑战与机遇三、总结与展望 GOLDWIND SCIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD.01背景积极的政策支持下，国内风电行业持续高速发展2023年3月13日，第十四届人代会上，习近平总书记表示，推动经济社会发展绿色化、低碳化，推动经济实现质的有效提升和量的合理增长。2023年3月17日，国务院第一次全体会议上，李强总理指出：要深入推

2、进环境污染防治，持续改善生态环境质量，积极稳妥推进碳达峰碳中和。2022年全球十大风电整机制造商排名（GW）2022年国内陆续出台风电相关政策600多条，规划十四五新增风电指标2.8亿千瓦，2022年新增风电开发指标超过1亿千瓦，新增装机3700万千瓦。6.44.74.03.2金风VestasGE远景西-歌明阳运达Nordex三一中车12.712.39.38.36.86.8陆上海上=2022年国内风电持续高速发展，出台一系列积极的政策，规划“十四五”期间新增风电2.8亿千瓦，当年新增风电开发指标超过1亿千瓦，新增装机约49GW，习近平主席及李强总理分别在十四届人大及国务院第一次全体会议上强调经

3、济低碳发展及推进碳达峰碳中和=据彭博新能源财经统计，2022年全球十大风机制造商国内有六家上榜，其中金风科技时隔六年之后再次登顶全球风电整机制造商第一*数据来源：彭博社新能源财经 GOLDWIND SCIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD.国内风电市场风机叶轮大型化趋势风机成本占比及叶片材料的重要性复合材料的质量及稳定性要求01背景风机大型化加速对叶片原材料成本、性能、可靠性提出新挑战=国内风电市场叶轮大型化趋势进一步加速，2023年陆上主流机型叶轮直径已达200+以上，最大已经达到220米=叶片占风机成本30%以上，而复合材料占叶片成本70%以上，如何降低材料成本并提高性能对风机

4、大型化、低成本非常关键=越来越多的市场要求风机运行寿命2530年，复合材料可靠性对风机长期安全运行至关重要，材料创新及革命性替代值得进一步探索风机载荷控制、仿真能力提升风机材料性能提升自主翼型设计及结构创新驱动力叶片成本占风电整机成本的30%以上复合材料的重量占叶片总重量达95%，成本占比达70%国内海上项目需要至少25年运行寿命国际主要风电市场，主要考虑LCOE，2530年寿命成为市场需求主流可靠性成本其它塔架机头叶片1195204220市场区域风机寿命要求中国陆上20年中国海上25年北美2025年南美2530年澳洲2530年非洲2530年中东2530年中亚2025年东

5、南亚2025年5 GOLDWIND SCIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD.标题首行8个字最多2行字目录一、背景二、挑战与机遇三、总结与展望 GOLDWIND SCIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD.02挑战与机遇高性能材料应用支撑风机大型化及轻量化=得益于高模量玻纤材料的应用，以及风机仿真与控制、叶片技术创新等因素，过去5年叶片单位千瓦重量下降20%以上=由于玻纤模量已趋于极限，为降低叶片重量普遍采用提高厚翼型比例的方式来提高叶片刚度，这会导致风机的动态效率出现明显下降单位千瓦叶片重量下降趋势采用大比例厚翼型降低叶片重量轻量化叶片对风机效率的影响2018年2019

6、年2020年2021年2022年-20%0000.20.40.60.81相对厚度%过去五年，得益于高模量材料的应用以及风机技术创新，扫风面积相同的前提下叶片单位千瓦重量下降20%以上为兼顾叶片轻量化及风机运行稳定性等问题，业内普遍采用较高比例的厚翼型布局方案提高叶片刚度超长轻量化玻纤叶片，在动态运行过程中结构变形较大，动态吸收风能的效率相比短叶片偏低4914 GOLDWIND SCIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD.碳纤维材料应用对叶片减重的效果具有竞争力的碳纤维价格拐点分析更紧密的产业协同加快碳纤维应用02挑战与机遇更加紧密地产业链合作加快新材料开发测试及

7、应用=碳纤维等高性能材料的应用对于叶片减重效果明显，并且可以较好地解决长柔叶片稳定性的问题，并让风机保持较高发电性能，但碳纤维的价格仍是在风电行业大规模应用的瓶颈，需要下降到60元/kg以下才有竞争力=碳纤维在国外风电市场已大批量应用，国内则出现产能与产量严重不匹配的风险，需要更紧密的产业协同加快碳纤维在风电的应用100米120米纯玻纤碳玻混碳纤维-15%-25%大丝束碳纤维价格有所降低但幅度较小，只有降低到60元/kg以下时，与玻纤叶片相比才有竞争力高性能材料的应用对超长叶片减重有明显的效果，叶片越长减重比例越大，120米级别叶片的减重比例可达到25%以上国外风电市场碳纤维已大批量应用，产业

8、链已形成最优配置，而国内原材料产能严重过剩，需更紧密的产业协同加快应用 GOLDWIND SCIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD.02挑战与机遇从劳动密集型生产方式向智能化生产方式转变=叶片制造仍然属于劳动密集型过程，整体质量控制过于依赖人工，生产效率难以提升，并且叶片生产质量及效率受人员波动影响很大=迫切需要加快智能化生产设备、检测设备的开发及应用节奏，并配套升级精益生产与管理系统、质量管理体系来满足未来大型叶片生产质量及效率提升需求劳动密集型叶片生产方式智能化叶片生产方式自动打磨设备腹板整体施压激光投影定位自动脱模设备生产效率低质量一致性差工人流动影响大生产效率高质量一致性

9、好工人流动影响小 GOLDWIND SCIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD.902挑战与机遇风机在复杂运行环境中长期运行发电性能明显下降3添加标题添加标题表面结冰-结冰严重会造成机组停机低成本、高效除冰机理研究和技术应用叶片前缘腐蚀-年发电量损失20%低成本、高性能的前缘保护体系的开发叶片环境适应性挑战叶片适应性挑战：前缘腐蚀，叶片结冰防冰对叶片寿命及功率曲线有较为严重的影响。敏感型结冰保护当轻度结冰，触发轻度结冰警告线（理论发电功率55%）时，进行保护性停机。带冰运行模式在机组严重结冰，触发严重结冰报警线（理论发电功率25%）时，保护性停机；在结冰且大风时，同样进行保护性停机。

10、海上环境下叶片运行时间不到5年就会受到严重腐蚀，对风机性能及安全性有很大影响需要开发低成本、高效防护体系的前缘防护，以此来提高叶片的前缘防护能力和防护周期 GOLDWIND SCIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD.02挑战与机遇从人工运维方式向智能化运维方式转变=在风机运行全生命周期内，叶片检查、清洗、维修等工作是保持叶片性能及健康的重要环节，当前叶片主要运维工作主要还是依靠人工高空作业的方式完成，不仅危险性高，而且工作效率很低，维护期间的发电量损失较大，综合经济性不高=无人机、机器人等检查与维修手段已经开始在叶片运维领域应用，但尚不成熟未形成规模，需要加大相关领域的创新及应用节

11、奏常见的叶片运维相关工作分类常见的叶片运维相关工作分类通过智能设备对叶片进行检查及维护危险性高高空作业危险性大，危害人身安全效率低经济性差常规维修13天复杂维修715天维修成本很高维修期间发电量损失大采用无人机、机器人等智能设备可以对叶片进行全面、快速、精准的检查，以及维修和清洗，提高工作效率，降低成本，降低人身安全风险。无人机清洗机器人修复运行数据分析叶片结构修复叶片结构检查叶片除污清洗叶片涂层维护运维分类 GOLDWIND SCIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD.02挑战与机遇叶片绿色回收助力风电行业可持续发展=从2030年起退役叶片规模将迎来爆发，如何对这些叶片材料进行循环

12、再利用，并产生收益，是整个产业链上下游一起面对的重要课题=当前业内尝试的很多回收方法仅限于主梁等材料的回收，材料回收率依然比较低且经济性不够好，金风目前在弱酸降解分离等化学溶解方法上开展了有意义的探索并取得良好效果，期待产业链更多企业加大在该方向的投入，一起推动风电行业的可持续发展未来退役叶片重量预测(万吨)目前常见叶片回收方法及缺点未来可以探索的新方向2625532022年2025年2030年2035年技术路线发展阶段产业化难度经济性机械粉碎添加中期中等中等添加形成新材料国外有突破较难较好化学溶解早期难未知生物降解早期难未知随意堆放及燃烧料不符合国家相关工业废物处置政策机械粉碎等物理处理方式

13、只能降阶使用，回收残值很低弱酸降解等化学分离方法，所需温度更低，分解时间段且充分，可以有效提高材料回收率及回收残值12 GOLDWIND SCIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD.标题首行8个字最多2行字目录一、背景二、挑战与机遇三、总结与展望 GOLDWIND SCIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD.03总结与展望机遇与挑战并存，创新与协同驱动叶片行业健康发展=在风电行业积极政策的不断刺激下，风电行业将会继续高速发展趋势，在非理性低价竞争环境中，风电行业健康发展面临巨大风险=风电行业是一项长跑，叶片领域需要整个产业链上下游通过持续的技术创新与紧密的产业协同，共同努力

14、解决五大方向的挑战，共同推进风电行业的规模化和高质量发展，让绿色电力成为全社会经济发展的新动力和新引擎技术创新产业协同高速发展健康风险平衡轻量设计智能制造高适应性智能维护绿色回收加快高性能材料创新，加快碳纤维等高性能材料的应用，实现叶片轻量化设计，提高叶片耐久性通过智能化、自动化设备应用实现叶片生产制造工艺升级，提高生产效率，降低质量风险材料及技术创新，实现叶片防污、防腐、防雷、降噪、除冰，降低全生命周期内的发电损失加快智能技术在叶片维护中的应用，实现智能化巡检、修复、除污等技术的产业化应用探索化学或生物降解方法，提高叶片材料回收率，提高回收残值，实现风电全生命周期绿色环保五大方向叶片降本健康发展 GOLDWIND SCIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD.THANKS新疆金风科技股份有限公司XINJIANG GOLDWIND SCIENCE&TECHNOLOGY CO.,LTD

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