國(guó)內(nèi)碳纖維發(fā)展兩大“潛力股”領(lǐng)域
01風(fēng)電葉片 碳纖維葉片應(yīng)用已成趨勢(shì)
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)風(fēng)電裝機(jī)量快速增長(zhǎng)，國(guó)家能源局最新數(shù)據(jù)顯示，今年前7個(gè)月，國(guó)內(nèi)風(fēng)電新增裝機(jī)量達(dá)2631萬(wàn)千瓦，累計(jì)裝機(jī)量達(dá)3.9億 千瓦。而隨著平價(jià)時(shí)代到來(lái)，風(fēng)機(jī)大型化趨勢(shì)尤為凸顯，陸上風(fēng)機(jī)單機(jī)容量最高突破10兆瓦，海上風(fēng)機(jī)單機(jī)容量突破18兆瓦，葉片長(zhǎng)度也在不斷刷新行業(yè)紀(jì)錄。
快速大型化給風(fēng)機(jī)葉片材料性能帶來(lái)全新考驗(yàn)，傳統(tǒng)玻璃纖維復(fù)合材料性能不足的情況下，碳纖維成為最新的“潛力股”。
黃軒指出，與玻璃纖維相比，碳纖維的比模量和比強(qiáng)度均大幅增加，碳纖維復(fù)合材料比玻璃纖維復(fù)合材料密度更低、強(qiáng)度更高，突破了玻璃纖維材料的性能極限，可保障風(fēng)機(jī)葉片在增加長(zhǎng)度的同時(shí)降低重量。“利用碳纖維葉片可進(jìn)一步提升海上風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)上限，甚至可支撐20兆瓦、300米葉輪直徑的機(jī)組開(kāi)發(fā)。”
除了為海上風(fēng)電機(jī)組大型化提供保障，業(yè)界普遍認(rèn)為，隨著我國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)范圍不斷擴(kuò)大，深遠(yuǎn)海等復(fù)雜工況區(qū)域?qū)θ~片提出了更高要求，碳纖維材料的高強(qiáng)度性能將能適應(yīng)更加惡劣的工況環(huán)境。另外，輕量化葉片還可以降低吊裝和運(yùn)輸?shù)碾y度，對(duì)海上風(fēng)電全生命周期降本有所幫助。
據(jù)吉林化纖集團(tuán)黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)宋德武介紹，2022年，全球風(fēng)機(jī)葉片對(duì)碳纖維的需求量占到全球碳纖維需求總量的25.7%，我國(guó)風(fēng)機(jī)葉片碳纖維需求量也占碳纖維整體需求的23.5%。
在宋德武看來(lái)，與航空航天、軍工科技等領(lǐng)域相比，風(fēng)機(jī)葉片所需的碳纖維產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)有所不同，技術(shù)成本相對(duì)更低，生產(chǎn)過(guò)程中，可根據(jù)不同性能、工藝和成本，設(shè)計(jì)不同應(yīng)用性能和生產(chǎn)工藝參數(shù)，相對(duì)快速實(shí)現(xiàn)碳纖維量產(chǎn)。
在此情況下，近兩年來(lái)我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)高速增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)顯示，2022年，國(guó)產(chǎn)碳纖維產(chǎn)能達(dá)到11.2萬(wàn)噸，供應(yīng)量首次超過(guò)進(jìn)口量。
金風(fēng)科技股份有限公司葉片結(jié)構(gòu)主設(shè)兼葉片產(chǎn)品經(jīng)理袁淵指出，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)碳纖維計(jì)劃產(chǎn)能增長(zhǎng)十分可觀，碳纖維葉片的研發(fā)應(yīng)用規(guī)模同樣快速增長(zhǎng)。
“早在2017年，國(guó)際市場(chǎng)上已有整機(jī)制造商開(kāi)啟了碳纖維葉片的應(yīng)用，LM、西門(mén)子歌美颯、維斯塔斯等跨國(guó)企業(yè)也都有百米級(jí)碳纖維葉片產(chǎn)出。隨著國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，2022年，國(guó)內(nèi)海上大葉片發(fā)展實(shí)現(xiàn)了全面趕超。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已有大量海上風(fēng)機(jī)葉片采用碳纖維設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)主流整機(jī)和葉片廠商也都規(guī)劃了下一代海上大兆瓦機(jī)組，更大的海上風(fēng)機(jī)碳纖維葉片也都在開(kāi)發(fā)之中。”
據(jù)了解，目前，明陽(yáng)智能、上海電氣、東方電氣、金風(fēng)科技等國(guó)內(nèi)主流整機(jī)商都已開(kāi)啟碳纖維葉片的試驗(yàn)及生產(chǎn)應(yīng)用。有數(shù)據(jù)顯示，2022年以來(lái)，國(guó)內(nèi)新開(kāi)發(fā)、新批量生產(chǎn)的海上風(fēng)電機(jī)組中，超過(guò)70%都應(yīng)用了碳纖維葉片，即使在陸上風(fēng)電機(jī)組中，部分企業(yè)也已經(jīng)開(kāi)始小批量實(shí)測(cè)應(yīng)用碳纖維葉片。
02汽車(chē)領(lǐng)域 汽車(chē)工業(yè)將成碳纖維應(yīng)用新領(lǐng)域
此前，碳纖維由于成本高，多用于風(fēng)電、航空航天、軍工、跑車(chē)等特定領(lǐng)域。如今，隨著技術(shù)進(jìn)步，碳纖維不僅功能和強(qiáng)度都有所提升，成本也有一定的下降。
北京化工大學(xué)教授徐樑華表示，近年來(lái)，我國(guó)碳纖維行業(yè)的發(fā)展形勢(shì)非常好，目前已形成黏膠基、瀝青基、聚丙烯腈基3種類(lèi)別的制備體系;以二甲基亞砜法為主，二甲基乙酰胺法和硫氰酸鈉法共同參與的原絲制備技術(shù)體系;濕法紡絲、干濕法紡絲、小絲束與大絲束工藝齊頭并進(jìn)的工藝體系;高強(qiáng)、高強(qiáng)中模、高模、高強(qiáng)高模齊全的產(chǎn)品體系。
隨著碳纖維復(fù)合材料性能的不斷提高以及“雙碳”政策的加持，越來(lái)越多的汽車(chē)制造商也將目光投向于此。
