“重慶造”為百米長風電葉片“強筋壯骨”
更新于:2025-03-26 01:56:27

本文轉自:重慶日報

國際復材研發出的玻璃纖維,單絲直徑只有頭髮絲的1/10

“重慶造”為百米長風電葉片“強筋壯骨”

新重慶-重慶日報記者 楊永芹

  國際復材玻纖智慧製造生產線製品車間。(受訪單位供圖)

  領跑事蹟:

  國際復材自主研發的超高模玻璃纖維填補國內空白,並率先在國內實現萬噸級超高模組玻璃纖維規模化生產,是全球最主要的玻璃纖維供應商之一。

  群山間,長約百米的風電葉片,如“鋼鐵巨人”的長臂般輕盈舞動,源源不斷地將風能轉化為綠色電能。

  支撐這些風電葉片的“骨骼”,主要材料是一束束單絲直徑僅有頭髮絲十分之一的玻璃纖維——超高模量玻璃纖維。而你可能不知道的是,全球每四片風電葉片,就有一片的“骨骼”來自雲天化集團重慶國際複合材料股份有限公司(以下簡稱國際復材)。

  一場“豪賭”

  攻克百米風電葉片世界難題

  2015年初春,重慶大渡口區,國際復材會議室氣氛凝重,參會人員臉上彷彿寫著兩個字:焦灼。

  要麼冒風險研發,要麼等待被市場淘汰——一場“豪賭”正在醞釀。

  為何說是豪賭?

  因為此時,中國風電產業正走到一個十字路口。

  上個世紀中葉,中國的風電產業還是一片空白,直到1986年,山東榮成才建成首個外資風電場。一直到2002年,風電葉片的關鍵原材料——玻璃纖維產品,依然完全依賴進口。

  2003年起,我國陸續出台相關政策支持風電產業發展,中國風電技術進入快速發展階段。2004年,主要生產玻璃纖維的國際復材,正式進軍風電領域,研發專用於風電葉片的玻璃纖維。

  2010年,國際復材成功研發出模量為90GPa(吉帕)的高模量玻璃纖維生產線,填補了國內高模玻璃纖維產品空白。模量,是衡量玻璃纖維性能的重要指標,模組越高,其彈性和強度越高。通俗地說,就是模組越高,製成的風電葉片越長。

  而風電葉片的長度與發電量密切相關。葉片每延長1米,可提升掃風面積2%—3%、增加發電量4%。如果風電葉片長度達到100米,發電量可大幅增加,發電成本則可大幅降低。

  因為在當時,百米級的風電葉片技術,不僅國內沒有,國外也沒有。

  以國際復材的技術,其高模量玻璃纖維僅能支撐90米以下葉片長度。這一長度,已經是當時行業內的最高水準。如果要生產百米級風電葉片,則需要模量在95GPa以上的超高模玻璃纖維,從理論體系到生產工藝都需要全面重構。

  是否向百米級風電葉片發起攻堅?成了擺在國際復材面前的一道世界級難題。

  如果繼續研發,國際復材不僅要面臨“無圖紙、無技術、無經驗”的“三無”現狀,還要投入幾千萬元,重新建立實驗生產線,引進更多專業人才,組建新的攻堅團隊等。

  而此時,國家為推動風電產業可持續發展,走市場化道路,已經減少了補貼。此外,由於原材料成本上漲等諸多因素,此時投入鉅資搞研發,無疑是一場豪賭。

  經反覆研討,會議最後決定:自研超高模玻璃纖維,背水一戰!

  在接下來兩年多時間里,研發團隊試驗了百余組玻璃纖維配方,最終在2017年夏天取得突破,優選配方體系性能得到明顯提升,生產難度明顯下降。團隊看到了勝利的曙光。

  然而,最殘酷的考驗,卻在2018年悄然降臨。

  “冰火鏖戰”

  1600℃熔爐前的蹲守攻堅

  “漏板又堵了!”

  2018年7月的一天,40℃高溫天氣,國際復材中試車間內突然響起刺耳的警報聲。價值數百萬元的漏板上,1600℃的玻璃液本該如銀瀑般流瀉成絲,卻因漏嘴設備堵塞凝結成團,無法成絲。

  原來,超高模玻璃纖維由天然礦石按一定的配方,經1600℃左右高溫熔制、拉絲、烘乾等多道工藝特製而成。一束不到2毫米的高模量玻璃纖維,由4000根細絲(單絲)組成,每根細絲的直徑只有頭髮絲的1/10。

  哪裡出了問題?

  一個多月時間里,研發團隊連續更換了5台設備,試驗了數十次,仍無法突破“拉絲不成型”的魔咒,無法形成由4000根細絲組成的玻璃纖維集束。

  中試車間溫度高達50℃,如同蒸桑拿。研發人員輪班值守在窯爐現場,手動疏通比髮絲更細的漏嘴。鋼針在熾熱熔爐前頻繁折損,汗水浸透的工作服上结出盐渍。

  持續高強度的勞作,讓研發人員的情緒接近崩潰,一些洩氣的想法開始蔓延。“這是在燒錢,還不如放棄”“兩年研發已耗資幾千萬元,若失敗,一切歸零”……

  質疑聲中,公司領導駐廠蹲守,穩定人心,解決難題。

  “參數偏差1%,就可能前功盡棄。”當時,國際復材研發中心玻璃配方研發經理韓利雄每天上班第一件事,就是到窯爐現場觀察漏板拉絲狀態,現場對配方進行微調或對工藝進行優化。拉絲狀態要在晚班時間才能體現,他就半夜蹲守在現場,經常在漏板下方一站就是幾個小時。

  這樣的“熔爐蹲守模式”持續了十多天。

  “因長時間目不轉睛盯著漏嘴,導致眼睛腫脹,一度模糊看不清東西。”韓利雄回憶,研發團隊逐幀分析上千組數據,逐個解決遇到的難題。

  最終研發團隊發現:礦石配方中一元素配方比例細微失衡,導致熔液黏度過高。調整配方后,研發團隊再次反覆試驗。

  2018年底,玻璃液終於在漏嘴上織出了4000根細絲的完美集束,生產出首批達到95GPa的超高模玻璃纖維。這不僅填補了國內空白,技術也引領國際水準。

  這些細絲與傳統玻璃纖維相比,模組高出30%左右,可助風電葉片長度從90米躍升至100米,掃風面積增加20%以上,理論發電量可提升約40%,且可讓風電葉片以超過20年的壽命穩定運轉。如用超高模玻璃纖維製成的單葉片長102米左右的海上風電機組,掃風面積相當於4.7個足球場左右,年發電量可達4000萬千瓦時以上,可滿足約2萬戶普通家庭一年的用電需求。

  全球前三

  玻璃纖維年產能突破120萬噸

  瞄準風電葉片製作技術前沿市場,國際復材在研發超高模量玻璃纖維產品上,持續領先全球。

  2024年初,國際復材推出超高模風電用玻璃纖維反覆運算產品,模量達到100GPa,其製作的風電葉片長度可超過110米,即使在遭遇千噸拉力后仍能瞬間復原,哪怕是極端暴風雪天氣,葉片也能抵禦形變。

  與此同時,針對風機葉片回收難的行業痛點,2024年,國際復材整合產業鏈資源,聯合全球知名企業,開發試製出全球首款近百米長的熱塑性葉片,將可迴圈利用率提升30%。

  除了風電領域,國際復材還在工程塑膠、電子電器和電力絕緣等領域研發出一系列具有全球競爭優勢的產品。

  如,為解決我國在5G原材料及超細玻璃纖維的“卡脖子”問題,全面實現高端5G原材料的全面國產化,形成國內可自主生產的完整供應鏈體系,國際復材創新研發出低介電玻璃纖維產品,技術達到國際先進水準,填補了國內空白。目前,該產品已廣泛運用於5G高速高頻伺服器、高端智能手機、交換機等領域,助推了國內多層電路板的快速發展。

  不僅如此,國際復材通過玻璃纖維材料製成的高鐵枕木,已經鋪進了日本新幹線;玻璃纖維做成的特高壓設備產品,已經運用在“疆電入渝”的設備上……

  記者在國際復材的展廳內看到,其用玻璃纖維製品製成的下游產品有上百種,廣泛應用於汽車製造、軌道交通、電子通信、家用電器、工業管罐、建築材料、航空航太等多個領域。這些產品已經銷往全球60多個國家和地區。2024年,國際復材玻璃纖維產能突破120萬噸,進入全球前三。

  “下一步,我們將以重慶製造場景為需求,以智慧化提升產品競爭力,繼續加大產品研發投入,讓新產品持續引領行業發展。”國際復材相關負責人表示。

百年木棉花開滿枝
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2025-03-28 20:03:58