在材料產(chǎn)業(yè)中，有這樣一種“黑色黃金”，其比重不足鋼的1/4，強(qiáng)度卻是鋼的10倍。換個(gè)說法，其單位重量所體現(xiàn)出來的強(qiáng)度是鋼的40倍。
這就是實(shí)至名歸的新材料之王——碳纖維。
在風(fēng)電行業(yè)，碳纖維仍然是相對(duì)“奢侈”的葉片原材料之一。但隨著新材料成為一個(gè)國家科技創(chuàng)新的先導(dǎo)和基石，可以憧憬的是，未來隨著我國新材料產(chǎn)業(yè)的技術(shù)突破和產(chǎn)量提升，碳纖維的廣泛應(yīng)用必然會(huì)驅(qū)動(dòng)一系列相關(guān)產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，風(fēng)電也將乘著新材料的東風(fēng)邁開高質(zhì)量發(fā)展的步伐。
近日，央視財(cái)經(jīng)《對(duì)話》欄目重磅播出“中國產(chǎn)業(yè)坐標(biāo)：棟梁之材”，中國建材集團(tuán)董事長(zhǎng)周育先、著名力學(xué)和復(fù)合材料專家 中國工程院院士杜善義、世界風(fēng)能協(xié)會(huì)副主席 中國可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)秘書長(zhǎng)秦海巖做客欄目，聚焦碳纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展與技術(shù)突破，尤其展示了該新材料在風(fēng)電行業(yè)的應(yīng)用前景，為風(fēng)電行業(yè)創(chuàng)新突破發(fā)展打開了巨大的想象空間。
風(fēng)電是碳纖維需求大戶
根據(jù)不同的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，常見的碳纖維產(chǎn)品有T300、T700、T800，再到T1000等規(guī)格，數(shù)字越大意味著材料強(qiáng)度越大，技術(shù)含量越高。
周育先董事長(zhǎng)在節(jié)目中指出，面對(duì)中國對(duì)碳纖維需求量正在日益增長(zhǎng)的局面，中國建材投入大量人力物力財(cái)力，用三年時(shí)間實(shí)現(xiàn)從0到1的突破，將碳纖維產(chǎn)品從T300跨越至T700，之后又通過7年的不懈努力，推動(dòng)T700/T800量產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了我國碳纖維產(chǎn)業(yè)從1到100的飛躍。
2021年，我國的碳纖維消耗量約為6.3萬噸，其中2/3來自于進(jìn)口。但在中國建材集團(tuán)青海西寧全國首個(gè)萬噸級(jí)高性能(T700/T800)碳纖維生產(chǎn)基地投產(chǎn)后，2022年底該基地產(chǎn)能可以達(dá)到2.5萬噸，基本上能滿足我國1/3的供貨需求，這是一個(gè)非常大的跨越。
風(fēng)電行業(yè)正是碳纖維材料的高需求大戶，目前風(fēng)電行業(yè)是T300碳纖維應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一。秦海巖秘書長(zhǎng)指出，雖然當(dāng)前風(fēng)電行業(yè)中葉片所用碳纖維的比重還比較小，但未來風(fēng)電行業(yè)對(duì)碳纖維的用量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他各行業(yè)。2021年，風(fēng)電行業(yè)只有很少的一部分葉片使用碳纖維，但總使用量已達(dá)3萬噸，約占全球的30%的碳纖維用量。
碳纖維對(duì)風(fēng)電行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展有著非常重要的意義。隨著未來國家“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)、風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展，以及更大風(fēng)電葉片的應(yīng)用需求，風(fēng)電行業(yè)對(duì)碳纖維的需求量也將成倍增長(zhǎng)。預(yù)測(cè)到2025年，在海上風(fēng)電的發(fā)展推動(dòng)下，行業(yè)對(duì)碳纖維的需求將達(dá)9萬噸，到2030年可能要增長(zhǎng)到20萬噸。
技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)碳纖維價(jià)格下降
作為工業(yè)原材料中的“黑色黃金”，早期T1000規(guī)格的碳纖維曾經(jīng)出現(xiàn)過1000萬元一噸的價(jià)格。據(jù)周育先董事長(zhǎng)介紹，目前中國建材集團(tuán)已經(jīng)研發(fā)出 T1000碳纖維，售價(jià)已降低至1000萬的1/3左右。
價(jià)格的降低將直接推動(dòng)碳纖維在各行各業(yè)的普及和應(yīng)用。杜善義院士強(qiáng)調(diào)說，材料本身是一切裝備設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，新材料發(fā)展的領(lǐng)先，將直接帶動(dòng)裝備制造的領(lǐng)先，這是涉及到國家整體工業(yè)水平的問題。
秦海巖秘書長(zhǎng)也指出，當(dāng)前制約風(fēng)電行業(yè)對(duì)于碳纖維應(yīng)用的關(guān)鍵是價(jià)格成本，當(dāng)前風(fēng)電行業(yè)使用碳纖維的成本約為140元/公斤，在風(fēng)電平價(jià)發(fā)展的背景下，這個(gè)價(jià)格是處于高位的。如果未來價(jià)格能降到70-100元/公斤，對(duì)風(fēng)電行業(yè)來說將是一個(gè)天翻地覆的變化。
可以說，碳纖維的成本下降與批量化使用，是決定風(fēng)電行業(yè)能不能創(chuàng)新高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵。
葉片發(fā)展體現(xiàn)高端裝備實(shí)力
在中國建材集團(tuán)中材葉片阜寧全球單體最大的風(fēng)電葉片生產(chǎn)基地中，122米的龐然大物正在產(chǎn)線上被日趨完善。
周育先董事長(zhǎng)舉了個(gè)例子，122米的風(fēng)電葉片重達(dá)54噸，三支葉片重量150噸。用玻璃纖維、碳纖維等新材料實(shí)現(xiàn)替代，則可以降低20%左右的重量，這對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)集成成本的下降、性能穩(wěn)定的貢獻(xiàn)是巨大的。
對(duì)于新材料在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的戰(zhàn)略性意義，周育先董事長(zhǎng)則表示，當(dāng)前，新材料已成為一個(gè)國家科技創(chuàng)新的先導(dǎo)和基石，每個(gè)國家自己的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技創(chuàng)新的衡量指標(biāo)就是新材料的水平，全世界有70%以上的新的戰(zhàn)略性發(fā)展都是依靠新材料的突破與應(yīng)用;同時(shí)，每一項(xiàng)新的技術(shù)、新的產(chǎn)品以及新的裝備和工程創(chuàng)新的突破，都是基于材料的突破，這也是我們國家將新材料作為基礎(chǔ)和戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的原因所在。
對(duì)此，秦海巖秘書長(zhǎng)也非常自豪，當(dāng)前16兆瓦的海上風(fēng)電機(jī)組葉片長(zhǎng)度達(dá)到了122米;“十四五”期間，行業(yè)正在研發(fā)20兆瓦風(fēng)電機(jī)組，屆時(shí)葉片長(zhǎng)度將達(dá)到130米。回想20年前風(fēng)電剛起步的時(shí)候，中國第一臺(tái)風(fēng)機(jī)只能用直升機(jī)淘汰下來的螺旋槳做葉片，其長(zhǎng)度只有十幾米。
同時(shí)，秦海巖秘書長(zhǎng)也強(qiáng)調(diào)，風(fēng)電葉片的技術(shù)不僅僅體現(xiàn)在長(zhǎng)度上，翼形的好壞決定了設(shè)備捕獲風(fēng)的效率。隨著國內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與國產(chǎn)化發(fā)展，現(xiàn)在業(yè)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)掌握了風(fēng)電葉片的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)，在接下來的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，行業(yè)還要探索玻璃纖維、碳纖維材料與葉片制造深度結(jié)合;而且，葉片越大則柔性越大、剛性變小，我們還要探索如何在降低葉片重量的同時(shí)，保持其剛度。
這一系列的難題，需要非常多的核心技術(shù)要去攻克。秦海巖秘書長(zhǎng)指出，新材料的進(jìn)步?jīng)Q定著風(fēng)電行業(yè)進(jìn)步的步伐，而葉片進(jìn)步是風(fēng)電技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)縮影，誰能掌握新能源的技術(shù)制高點(diǎn)，誰就掌握了未來。
