陳遠杰：淺談風電葉片開發機遇和挑戰

 

陳遠杰：尊敬的各位領導、各位來賓、大家下午好！我是來自迪皮埃的陳遠杰，今天跟高興代表迪皮埃在這里和大家分享葉片開發的機遇和挑戰。我分享的內容有四部分，包括公司介紹、葉片尺寸大型化趨勢、葉片大型化帶來的挑戰及3060目標下風電行業的市場機遇。

我用三個數字簡單介紹迪皮埃。

第一個數字7萬，迪皮埃是每只風能葉片最大制造商，全球累計交付超過7萬只風電葉片。第二是50，迪皮埃成立于1968年，在大型復材構件領域已經擁有了50年的研發和創新的經驗。第三，5，目前迪皮埃全球的工廠分布在美國、墨西哥、土耳其、中國及印度等5個國家。

葉片尺寸大型化趨勢，風機單機容量逐漸增大，海上風機2010年平均單機容量2.6兆瓦，但到現在2021年已經增加到6兆瓦，目前已經開發的有16兆瓦、18兆瓦，陸上風電2010年主要是1.5，但到現在增加到了4兆瓦、5兆瓦及更大的機型。相應風能直徑和塔高尺寸在不斷地增長，對應核心部件、葉片2010年主流是在40米左右，但到現在80米、90米，甚至100米的葉片已經有很多葉片長下線。所以風力和尺寸不斷地刷新記錄。

風電基礎的容量在不斷地刷新記錄，葉片的長度也在不斷地加長。隨之而來的挑戰也愈發明顯，無論從開發周期、開發技術，還是開發成本都會帶來前所未有的挑戰，也需要有革命性的創新和突破來適應后期的發展。我今天從三個方面一起簡單探討。

首先，葉片的開發周期。將開發周期可以簡單分為三個階段，即設計階段、制造階段和測試階段。通常一款葉片的開發，不包括葉片的轉型升級，開發周期大概需要80周，這周期顯然太長。當然，每一個階段之間并沒有嚴格界限，很多工作都可以同時進行，比如設計階段和制造階段有很多時間可重疊，葉片外形確定后可以做結構設計和模具開發。結構設計的同時做工藝設計，開展工藝實驗，材料認證、設備認證等等，從而大大縮短開發周期。

其次，開發技術，我同樣從三個方面簡單探討，包括設計、制造、檢測。設計端追求更高的AEP，更低的LCOE，結構輕量化和可靠的雷電保護系統。制造端追求高精度、高效率、低成本及智能化的制造系統，檢測端追求全面化、無紙化、可視化、虛擬化、自動化的無人檢測系統。

（PPT圖示）開發技術最前端翼型開發，在最開始的時候應該要考慮到結構和工藝，在相同負荷水平下，AEP達到最高，同時度電成本最低，最大限度減少在污染條件下性能的下降及追求更高的可制造性。同時結構方面追求結構輕量化，輕質高強的碳纖維新材料是重要途徑，碳纖維的應用包括纖維紗、纖維布和纖維板，結合不同的工藝方法將材料的性能發揮到最佳。這里也需要采用一些特殊的工藝保證碳纖維版的精確位置和層間的性能，同時考慮到碳纖維的導電屬性，碳纖維葉片在風場很容易遭到雷擊，這提出了更高要求。即使在設計端已經考慮得非常詳細了，也優化出了最優的方案，可是要收獲真正意義的高品質，要保證制造過程與原始設計高度契合，比如從輸入到輸出到反饋，再到輸入，形成全鏈的閉環。我們將系統稱為閉環制造系統。它是一套能夠串聯設計、制造、檢測的閉環系統，根據設計輸入，結合生產工藝、制造精度和經驗參數進行建模，運用數據分析、機器學習、人工智能和光學系統實現各個環節的互聯。為設計優化和后期的工藝改進及過程的品質管控提供最基礎的數據服務。為了實現閉環制造，首先要建立全尺寸的數據模型，依據設計輸入，將葉片結構中的每個部件，包括每一層玻纖、芯材、大梁、預制件、粘接等工藝要求建立流程，應用軟件建立數據模型，數據模型可以用于葉片前期的光線套材、葉片尺寸、工藝、工裝、設計及生產過程中的自動檢測。

基于前面所說的數字模型，可以擴展質量檢測方法，采用機器視覺自動檢測代替手動檢測，還原真實的制造過程和數據，實現機器視覺系統，檢測生產過程中的制造缺陷，比如纖維干紗、異物、芯材間隙、腹板位置等都可以做檢測。

基于自動檢測的理念，利用在數據模型基礎上擴充的檢測方案，結合實際制造過程設定的檢測要點，實現虛擬質量檢測，比如采用虛擬質量檢查取代檢驗員進入模具內的檢驗檢查，可以避免人工檢測時的漏檢或誤檢的風險，提高檢驗效率，并有完整的在線制造視頻的記錄。

開發成本方面，一方面實現高品質、高效率的方法，應用前沿的技術勢必會帶來前期投入的增加。另一方面，基礎的價格下降顯著，從圖上可以看到，2019年的時候大概是在4000元每千瓦，但2020年開始大幅度下滑。到今天單價已經低于2000了，葉片作為關鍵部件之一，成本占25%左右，面臨巨大的降本壓力。

需要投入大量模具、設備、工裝，前期投入可能是上億的，也許更多。這是前期葉片開發的巨大挑戰，我們需要設計一系列柔性化的制造方案，適應產品的高速更新換代的節奏，減少大量的固定資產的重復投入。

另外，材料的價格持續上漲，尤其是去年環氧樹脂漲幅達到了30%，人工成本每年在上升，2012年到2020年工資從四千漲到了一萬。

面對成本方面的巨大挑戰，我們也更需要利用一些先進的制造工藝實現科學降本，使用閉環制造系統的自動檢測和機器視覺來采集數據進行分析和計算，合理優化資源配置，減少人工、材料和時間的浪費。

市場機遇方面。在碳達峰和碳中和發展目標的推動下，“十四五”期間新增裝機量合計225GW，相當于每年新增45GW。根據全球海上風電長期累計裝機量的預測，2020年到2050年期間，年均新增裝機量將超過60個GW，而且可以從圖片中看到，從平均的發電成本來看，風電很有優勢。為了實現碳中和的宏偉戰略目標，未來我國的電力系統新增裝機以新能源發電為主。2060年將實現超過96%的電源為清潔能源。所以從總體來看，風電葉片的技術和成本確實面臨著巨大的挑戰，但未來很美好。

希望各位領導、各位專家及每一位風電人共同努力，匯報到這里，謝謝大家！