1、前言
隨著2020年風(fēng)火同價臨近，整機(jī)降本壓力與日俱增。葉片作為整機(jī)的重要零部件之一，其成本占到近30%，而葉片中原材料成本占到葉片總成本約70%。因此葉片降本不僅要從設(shè)計角度降載減重，也需尋找原材料降本減重替代方案。
葉片原材料主要由玻纖、樹脂、結(jié)構(gòu)膠、芯材（泡沫、balsa）、涂料構(gòu)成，每種材料在葉片中的占比（重量和成本）分布見表1（參照目前某量產(chǎn)葉片數(shù)據(jù)）。從表1可知，玻纖、樹脂及芯材三者相輔相成，三者重量占比達(dá)到90%以上，三者成本占比達(dá)到87%以上。因此，葉片材料降本應(yīng)重點從玻纖、樹脂及芯材三維度去尋找替代解決方案。
2、樹脂降本技術(shù)
葉片行業(yè)發(fā)展20多年，目前除LM聚酯葉片外，其它葉片基本都是以環(huán)氧樹脂為主，近兩年環(huán)氧樹脂受環(huán)保和產(chǎn)能的影響，價格波動較大。聚氨酯樹脂前期因操作時間短一直沒在葉片上應(yīng)用，科思創(chuàng)通過對其改性，目前聚氨酯樹脂已在60m左右葉片上試制、測試、掛機(jī)，最長掛機(jī)已達(dá)1年以上。聚氨酯樹脂較環(huán)氧樹脂成本能降低約10%，由于粘度低，用量也會減少。但受制于水分的影響，目前僅在葉片預(yù)制件（葉根、主梁、腹板）中使用，后續(xù)全PET葉片會考慮聚氨酯，葉片預(yù)計降本約1萬元/支。
表2 聚氨酯樹脂與環(huán)氧性能對比
2、織物降本材料
織物的種類繁多，但目前葉片用量最大的仍然是玻纖織物，無論從性價比還是從產(chǎn)能均可滿足葉片產(chǎn)業(yè)需求。隨著葉片長度不斷增加，葉片重量成指數(shù)級增加，設(shè)計亟需一些高性能玻纖織物來平衡葉片重量增加的幅度。玻纖拉擠、碳玻混織物由于性價比低，目前仍然沒有批量使用。近兩年巨石E8、重慶國際TMII及泰玻S-1超高模量紗線也開始小批量應(yīng)用，但價格比常規(guī)高模量紗線高約30%，目前在3MW及以上葉型應(yīng)用較多。金風(fēng)在原高模織物基礎(chǔ)上開發(fā)了大克重織物，性能比常規(guī)高模量UD1250織物高10%，成本基本不變，目前已在幾個新葉型中批量應(yīng)用，單支葉片降本約1萬元（包括節(jié)約樹脂用量），同時葉片減重約10%。目前幾種成熟玻纖產(chǎn)品性能對比見表3。
表3 玻纖類織物性能對比表
3、芯材降本材料
Balsa輕木和PVC泡沫組合應(yīng)用在葉片上，隨著葉片大型化，用量也越來越多。由于輕木天然生長材料，產(chǎn)能和價格波動幅度較大，2019年價格已經(jīng)上漲50%，但產(chǎn)能缺口仍在30%?50%，原材料廠家也在推進(jìn)高密度輕木認(rèn)證和測試工作，比如190kg/m3,230 kg/m3等，高密度輕木需關(guān)注對于葉片重量的影響。此外，固瑞特和3A均推出低吸膠輕木，吸膠量大幅下降，后期需在葉片上對其驗證。
PET及HPE作為新型綠色泡沫，可以提供不同密度的產(chǎn)品，目前vestas已經(jīng)采用高密度PET替代輕木并批量應(yīng)用在殼體。PET目前仍需進(jìn)口，但國產(chǎn)化PET小批生產(chǎn)并測試中，替代PVC的泡沫性能對比見表4，替代balsa的高密度泡沫性能對比見表5。
從表4可知，HPE100及PET100性能均大于PVC60，吸膠后的密度也基本接近，其中HPE吸膠量低，且HPE的價格低于PVC和PET。從表5可知，PET200和HPE180性能較輕木比還是低很多，吸膠后PET壓縮和剪切性能均大于HPE180，目前設(shè)計已經(jīng)采用PET200替代輕木。
4、結(jié)構(gòu)膠降本技術(shù)
低密度結(jié)構(gòu)膠目前已經(jīng)在大葉型中批量應(yīng)用，葉片廠反饋成本將低約幾百元/支，很多廠家也在開發(fā)一次粘接合模技術(shù)來提高效率，其中西卡結(jié)構(gòu)膠可大幅縮短后固化時間。
5、涂料降本技術(shù)
對于涂料來說，目前采用滾涂工藝減少揮發(fā)浪費（噴涂工藝），前緣采用保護(hù)漆替代保護(hù)膜，單支葉片降本約1000元，后面可根據(jù)不同區(qū)域環(huán)境差異化，對涂層厚度和體系定制化，從而降低成本。
6、總結(jié)
除以上提到的主材降本技術(shù)，鋁合金電纜目前也已經(jīng)小批量應(yīng)用在金風(fēng)葉片上，相比之前銅電纜，單支葉片至少可降本1000元。另外還有很多新材料在開發(fā)階段，由于目前葉片大型化趨勢，新材料的更新迭代更加慎重和緩慢，但還需要設(shè)計和工藝能將材料的性能發(fā)揮到極致，為葉片降本減重打好基礎(chǔ)。
