超大型玻璃纖維風(fēng)電葉片。（受訪單位供圖）

崇山峻嶺上，一排排“大風(fēng)車”矗立。一片片百米長的風(fēng)電葉片，宛如“鋼鐵巨人”的長臂隨風(fēng)舞動，成為一道獨特的風(fēng)景線，更是源源不斷地將風(fēng)能高效轉(zhuǎn)化為綠色電能。

“大風(fēng)車”上的風(fēng)電葉片之所以“筋骨”強健，剛度、強度都很高，得益于一種關(guān)鍵材料——超高模量玻璃纖維的應(yīng)用。別看這種纖維的單絲直徑僅為頭發(fā)絲的十分之一，它卻是推動風(fēng)機大型化和提高發(fā)電效率的最大“功臣”。

8月28日，2024年度重慶市科學(xué)技術(shù)獎?wù)浇視?，重慶國際復(fù)合材料股份有限公司（以下簡稱國際復(fù)材）等單位完成的“超大型高模量玻璃纖維風(fēng)電葉片關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”項目，獲得重慶市科技進步獎一等獎。

必須啃下“硬骨頭”

風(fēng)電葉片是風(fēng)電所需關(guān)鍵部件，風(fēng)機的功率與風(fēng)輪掃風(fēng)面積成正比。簡單說就是，要捕獲更多風(fēng)能、提高發(fā)電效率、降低每度電的成本，最有效途徑就是制造更長的葉片。

從10多年前起，全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)逐漸向風(fēng)機大型化發(fā)展。然而，葉片長度的增加，會讓重量和所承受風(fēng)載急劇增加，進而導(dǎo)致葉片在工作中出現(xiàn)巨大彎曲變形。

要發(fā)展超長葉片，必須解決“剛度不足”和“重量失控”的技術(shù)難題。

“高模量玻璃纖維是一種剛度極高的增強材料，主要應(yīng)用于風(fēng)電葉片的主梁上?！眹H復(fù)材董事長江凌介紹，高模量玻璃纖維的使用能大幅提升葉片的抗彎曲能力，保障超長葉片的安全性，同時有效減輕葉片重量和提升抗疲勞性能。

實際上，早在2010年，國際復(fù)材就成功研發(fā)出模量為90GPa（吉帕）的高模量玻璃纖維生產(chǎn)線，能生產(chǎn)長度90米的風(fēng)電葉片，填補了國內(nèi)高模量玻璃纖維產(chǎn)品空白。這一長度，已經(jīng)是當時業(yè)內(nèi)最高水平。

要往模量更高方向發(fā)展，讓葉片達到百米級，很長時間內(nèi)國際復(fù)材做不到，全球范圍內(nèi)也沒有相關(guān)技術(shù)。

是否對百米級風(fēng)電葉片發(fā)起攻關(guān)？這一道難題擺在了國際復(fù)材面前。

“這項研發(fā)投入大，風(fēng)險大，但不搞這個研發(fā)的話，就可能面臨被市場淘汰的命運，風(fēng)險更大?！苯杼寡?。

經(jīng)過公司內(nèi)部反復(fù)研判，國際復(fù)材最終決定：自主研發(fā)超高模量玻璃纖維，啃下這塊“硬骨頭”！

達到國際先進水平

投入5000多萬元，建立全新實驗生產(chǎn)線，引進更多專業(yè)人才，組成新的攻堅團隊……一場關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅戰(zhàn)在國際復(fù)材打響。

“通過產(chǎn)學(xué)研合作，我們陸續(xù)攻克了一系列技術(shù)難題，尤其是在超高模量玻璃纖維配方設(shè)計開發(fā)、玻璃纖維表面處理技術(shù)、高玻纖含量拉擠板成型、超大型葉片設(shè)計及制造等方面，達到了國際先進水平?！表椖控撠熑它S偉九說。

這并不容易。以超高模量玻璃纖維配方設(shè)計開發(fā)為例，團隊耗時兩年多，對百余組玻璃纖維配方進行了實驗，才最終實現(xiàn)突破。

中試車間，項目團隊在炎炎夏日，頂著50多攝氏度的高溫，長時間蹲守在熔爐邊上，尋找玻璃纖維“拉絲不成型”的原因……

功夫不負有心人。2018年底，項目團隊研發(fā)生產(chǎn)出95GPa的超高模量玻璃纖維。2024年初，國際復(fù)材推出迭代升級產(chǎn)品，模量達到100GPa，以其制作的風(fēng)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(fù)原；哪怕是在極端暴風(fēng)雪天氣中，也能抵御形變。

目前，該項目團隊研發(fā)的主要產(chǎn)品已經(jīng)獲得英國勞氏（LR）、挪威船級社（DNV）、美國FDA、中國船級社等產(chǎn)品認證，形成國家標準20項和行業(yè)標準1項。

推廣到航空航天等領(lǐng)域

目前，項目成果在國際復(fù)材、重慶風(fēng)渡新材料有限公司、重慶重通成飛新材料有限公司等企業(yè)和單位形成了高模量玻纖材料、風(fēng)電葉片設(shè)計及制造等風(fēng)電葉片全產(chǎn)業(yè)鏈。

“2024年底，我國風(fēng)電能源占比達9.1%，已成為國家新型能源體系的重要組成部分。未來，隨著風(fēng)電規(guī)模的不斷擴大，我們將迎來更大發(fā)展機遇?！苯杞榻B。

江凌表示，國際復(fù)材將持續(xù)聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈上下游，協(xié)同推進產(chǎn)學(xué)研合作，不斷深入研究大尺寸風(fēng)電葉片在不同工況條件下的材料疲勞、老化等長期性能模型，進一步開發(fā)超高模量玻璃纖維與碳纖維、芳綸纖維等高性能材料復(fù)合協(xié)同技術(shù)，推動我國風(fēng)電行業(yè)的技術(shù)發(fā)展，助力重慶打造萬億級先進材料產(chǎn)業(yè)集群。

據(jù)了解，項目團隊研發(fā)的超高模量玻璃纖維還逐步推廣應(yīng)用到其他行業(yè)領(lǐng)域，比如軌道交通、新能源汽車、光伏與基建、航空航天等。（新重慶-重慶日報首席記者 張亦筑）

分享讓更多人看到