我的高分子材料师 一阵风带来清洁能源 中车时代新材一直在升级技术拥有近百项风电叶片专利

　　2023年底的一天，株洲中车时代新材动力谷园区，三辆装载着97米级风电叶片的货车缓缓驶出，向广西崇左市天等县风场出发。这是中车时代新材进军风电产业以来的第20000套叶片。从第1支到第20000套，中车时代新材走了16年，从风电叶片的设计到工艺流程制定到生产，成长为国内鲜见的整套技术实现完全独立自主的叶片企业，实现了从“赶上时代”到“引领时代”的巨大跨越。

　　近年来，中车时代新材每年投入约1.5亿元，进行风电研发技术。目前，公司先后自主研发了30多款风电叶片投入市场，拥有近百项风电叶片专利技术，关键核心技术整体达到国际先进水平。

　　风电叶片覆冰，空气动力特性就会发生明显的变化，机组动态荷载也会增加，不仅影响安全运作，也影响发电效率。近年来，我国风力发电机组数量和装机容量稳步上升。如何让叶片更“扛冻”，是风电行业的世界性难题。

　　从2011年开始，中车时代新材相继研制了涂料、气热、电热、气电联用等多种叶片防除冰技术，具备场内新造和风场技改的多种实施工艺，在叶片防除冰方面积累了丰富的经验。

　　2021年，中车时代新材副总经理彭超义博士，带领事业部开发中心项目管理部抗冰技术组，与中国科学院化学所专家进行技术合作，攻克难题。中车时代新材展开对在役风电机组综合抗冰技改技术的研究，为了解风场情况，抗冰冻技术组多次到全国各地的风场进行实地勘察。

　　分析风场结冰类型、总结叶片表面覆冰特点，结合当地历史天气特征情况，量身定做综合性抗冰解决方案……根据各风场的结冰特点，中车时代新材在行业内首次开发并应用了气加热—电加热—涂料联合的综合抗冰技术，打造成为综合性的风力发电机组抗冰解决方案。

　　技术方案经过设计仿真、实验室验证、冷库验证、现场样机测试等多种验证，经历瑞典零下20℃、国内最低零下18℃的装机测试，成功通过验证，最长装机时间已超10年。其中，气热除冰方案除冰效率能达到40%—60%，电热方案在大部分地区除冰效率可达到80%以上，气电涂料联合方案在西北风场实现了90%以上结冰发电损失的挽回，产品防除冰技术指标优异，在技术鉴定中被评定为国际领先。

　　发电能力依赖于更大容量的风电设备、更长的风机叶片。风电叶片越长，扫风面积越大，发电输出功率也就相应提高。

　　2023年，中车时代新材首支230陆上风电叶片成功下线米，是目前全球最长陆上叶片。风轮直径230米，装成的“大风车”几乎和央视大楼等高。叶片扫风面积最大可达4万平方米，接近6个足球场的面积。满发运行1小时产生的电量可满足一户普普通通的家庭4年的用电需求，可供一辆新能源汽车行驶7万公里。

　　叶片越长，对技术和材料的要求也就越高。作为目前世界最长的陆上叶片，230叶型采取了多种新工艺。因叶型钝尾缘较大，后缘合模泡沫需突破原有极限，进行超大型后缘合模泡沫的高精度设计及一体灌注。

　　此外，项目组工艺团队借助三维仿真技术完成了夹芯套材、粘接角模具及腹板外形的高精度设计，大幅度减少了试制过程的夹芯铺设时间，在没有腹板下压工装的情况下合模间隙更是实现了零调整，顺利完成了首支叶片下线。

　　国家“十四五”可再次生产的能源规划明白准确地提出，建设“沙戈荒”风光基地，这也成为落实国家“双碳”战略布局中的重要一环。“沙戈荒”大基地进展消息不断传来，以112米长的陆上230为代表的“沙戈荒”叶型，就是面向“沙戈荒”项目的旗舰型产品，能在恶劣环境下有效抗沙石、风蚀和紫外线，受到整机客户广泛关注，正与多家客户开展技术迭代。

　　国家能源局显示，截至2023年6月底，我国可再次生产的能源装机突破13亿千瓦，历史性超过煤电。其中，风电装机3.89亿千瓦，连续13年位居全球第一。全球第一，已成为“风电”产业的亮眼标签。在工厂，同样可以感觉到这种变化。新的产品供不应求，产品订单要靠抢，有的客户甚至会守在工厂等着最新的叶片下线。

　　回望产业高质量发展历程，用“披荆斩棘”来形容一点都不为过。彭超义参与并见证了风电产业的起步与发展。2006年以前，大型风电叶片几乎全部依赖进口，核心技术一片空白。2007年，中车时代新材牵手国防科大开始做技术探讨研究，他当时是国防科大项目合作组核心成员。中车时代新材当时正在寻找新的业务增长点，而复合材料制造叶片有着明显的优势。彭超义举例：“假设用金属来做叶片，比如钢，一支叶片就有好几百吨重，常规使用的寿命只有两三年。如果用复合材料来做，重量会减轻到几十吨，塔架也能支撑住，常规使用的寿命可以延长到二十年。”

　　刚开始，中车时代新材尝试引进设计技术。最新的技术资料是用德语和荷兰语编写的，需要先翻译成英文再翻译成中文。那时遇上了湖南最严重的冰灾，30人的技术团队在没有暖气和空调的办公室干了两个多月，终于完成了技术资料的翻译、消化和转化。按照设计做出来24米、750千瓦的叶片后，市场却已进化到兆瓦级别。联系国外先进的技术公司，要不然就是要等两年才能拿到产品，要不就是限制技术输出取消合作。

　　彭超义结合国防科大坚实的航空翼型设计基础与公司的工程化设计经验，与梁鹏程、靳交通等核心技术骨干，创造性提出了叶片族系延长设计与相似放大设计技术路线。

　　当时的试验平台相当简陋，搭建在一片泥巴地上。在几乎是刀耕火种的生产条件下，不到一年就开发出了1.5兆瓦87型低风速叶片，并形成引领行业发展潮流的核心专利技术，赶上第一轮风电发展高峰。

　　在风电领域种下的一颗种子，跨过沟坎，蹚过泥泞，长成参天大树。十几年来，彭超义、侯彬彬、冯学斌等一批人始终致力于大型复合材料风电叶片技术创新和工程化应用，始终坚守在风电科研一线。现在，中车时代新材已经成长为国内少数几家具有独立自主研发体系的风电叶片企业之一，承担风电叶片相关的国家级、省部级项目10余项，取得了大尺寸复合材料风电叶片设计及制造、碳纤维复合材料风电叶片设计与制备、大型风电叶片数字化制造等相关成果。

　　风力发电作为一种可再生的清洁能源，具有巨大的发展的潜在能力。未来，我认为风力发电技术将朝着更高效率、更低成本、更环保的方向发展。

　　以前出去旅游的时候，看到过这些风力发电的“大风车”们。后来无意间在网上刷到过一个视频，原来这些叶片是十分庞大的，很神奇。希望我国的风电技术慢慢的变好，让更多的人用上风力发电。

　　每次看到那些巨大的风力发电机在草原上旋转，我都感到无比震撼和欣喜。它们不仅为咱们提供源源不断的清洁能源，更为这片土地带来了新的生机与活力。风力发电不仅是技术的进步，更是我们与自然和谐共生的美好愿望。

　　如今，环境保护成为慢慢的变多人关注的热点话题，清洁、可再生的风能，相比于传统的用煤发电，更加绿色环保，而且降低了能源成本。我期待未来人们会研发出效能更高，更加绿色环保低污染的能源。