“渝”見創(chuàng)新丨從追趕到引領 國際復材突破百米葉片的極限之路
2025-09-02 16:00:15 來源： 第1眼TV-華龍網
一個“大風車”的葉片究竟有多長？可以達到100米以上。
要突破100米可不簡單，這是一個科研團隊整整十年的研究成果。
8月28日，2024年度重慶市科學技術獎正式揭曉，云天化集團旗下重慶國際復合材料股份有限公司（以下簡稱云天化國際復材）等單位完成的“超大型高模量玻璃纖維風電葉片關鍵技術開發(fā)及產業(yè)化”項目，獲得重慶市科技進步獎一等獎。
正是這個項目的運用，讓“大風車”上的風電葉片得以“強筋健骨”，成為推動風機大型化和提高發(fā)電效率的關鍵因素。
“沒有它，百米級風電葉片無法實現?！?/p>
高模量玻璃究竟有多重要？為什么持續(xù)十年走上這條正確但難的路？
近日，在接受記者采訪時，國際復材公司相關工作人員談到，應對全球風電產業(yè)“風機大型化”以降低度電成本的必然趨勢，解決超長葉片面臨的“剛度不足”與“重量失控”的核心技術瓶頸是繞不開的課題。
葉片長度成為提升發(fā)電效率、降低度電成本（LCOE）的關鍵。葉片越長，捕獲風能越多。然而，葉片長度增加也帶來嚴峻挑戰(zhàn)：其重量和所受風載荷以立方關系急劇增長，導致彎曲變形風險大幅上升。
2015年初，企業(yè)站在十字路口：是繼續(xù)沿用可支持90米葉片的現有技術，還是冒險攻關模量95GPa以上、可用于百米葉片的超高模玻璃纖維？選擇后者，意味著需投入超5000萬元重建實驗線、組建新團隊，在國家風電補貼退坡的背景下，無疑是一場“豪賭”。
然而要在性能優(yōu)越但價格昂貴的碳纖維和成本低廉但性能已達瓶頸的玻璃纖維之間，尋找一個具有超高性價比、能夠保障供應鏈安全，并且與現有制造工藝完美兼容的創(chuàng)新型材料解決方案，這并不容易。
正是這項耗時十余年的科研攻關，不僅成功打破國外技術壟斷，更使我國在高性能風電葉片材料領域躍居國際前沿，為實現國家能源安全戰(zhàn)略和發(fā)展綠色風電產業(yè)提供了關鍵材料支撐。
高模量玻璃纖維，核心特點在于遠超普通玻璃纖維的彈性模量。它被主要應用于風電葉片的核心承力結構——主梁，相當于葉片的“脊梁”。通過提升葉片的抗彎曲性能和疲勞壽命，有效控制葉片重量，成為支撐超長葉片安全運行、推動風機大型化的關鍵材料。
面對“無圖紙、無技術、無經驗”的“三無”局面，公司選擇背水一戰(zhàn)。
在接下來兩年多時間里，研發(fā)團隊實驗了百余組玻璃纖維配方，2017年夏，迎來了第一個好消息——優(yōu)選配方體系性能得到明顯提升，團隊看到了勝利的曙光。
然而好事多磨，2018年7月，中試車間內警報聲刺耳。價值數十萬元的漏板上，1600℃的玻璃液本該如銀瀑般流瀉成絲，卻因漏嘴堵塞凝結成團。
是哪里出了問題？
一個多月時間里，研發(fā)團隊連續(xù)更換了5臺設備，試驗了數十次，仍無法解決“拉絲不成型”的魔咒。
車間溫度高達50多度，如同蒸桑拿。研發(fā)人員輪班值守在窯爐現場，手動疏通比發(fā)絲更細的漏嘴?！斑@是在燒錢！還不如放棄”“兩年研發(fā)已耗資幾千萬元，若失敗，一切歸零”。持續(xù)高強度的勞作，讓研發(fā)人員的情緒接近崩潰。
“因為我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?！痹铺旎瘒H復材研發(fā)中心玻璃配方研發(fā)經理韓利雄回憶說。當時，研發(fā)團隊逐幀分析上千組數據，逐個解決遇到的難題。
“參數偏差0.1‰，就可能前功盡棄?！碑敃r，韓立雄每天上班第一件事，就是到窯爐現場觀察漏板拉絲狀態(tài)。經常一站就是幾個小時。這樣的“熔爐蹲守模式”持續(xù)了十多天。
最終研發(fā)團隊發(fā)現：玻璃配方中一元素配方比例細微失衡，導致熔液粘度過高。2018年底，玻璃液終于在漏嘴上織出4000根細絲的完美集束，首批模量95GPa超高模玻璃纖維正式問世，填補國內空白，引領國際水平。
這些細絲較傳統(tǒng)玻璃纖維相比，模量高出30%左右，可助推風電葉片長度從90米躍升至100米以上，掃風面積增加40%以上，發(fā)電量可提升約20%～30%，且可讓風電葉片以超過20年的壽命穩(wěn)定運轉。
項目成果不僅停留在實驗室，更實現了全產業(yè)鏈落地。
國際復材建成了國內首條10萬噸級高模量玻璃纖維生產線，研制出國際首個模量≥68GPa、疲勞值≥8.5的高可靠性拉擠板材，并突破超大型葉片一體化制造技術。這些產品獲得英國勞氏、挪威船級社、美國FDA、中國船級社等認證，形成國家標準20項、行業(yè)標準1項，性能比肩國際先進水平。
在應用方面，項目成果助力16MW、18MW及26MW海上風電機組研制成功，這些機組成為全球葉輪直徑最大、單位兆瓦重量最輕的裝備，多次入選國務院國資委“十大國之重器”，并在明陽智能、遠景能源、GE等國內外企業(yè)批量應用。
以102米葉片為例，其掃風面積相當于4.7個足球場，年發(fā)電量超過4000萬千瓦時，可滿足2萬余戶家庭用電，減排二氧化碳約3.4萬噸。
目前，云天化國際復材已聯(lián)合重慶風渡新材料、重通成飛等企業(yè)，形成從高模材料、拉擠板材到葉片設計制造的全產業(yè)鏈，推動重慶當地綠色高質量發(fā)展。
更重要的是，高模玻璃纖維的應用已超越風電領域，向軌道交通、新能源汽車、光伏邊框、航空航天等領域加速滲透。未來，團隊還將持續(xù)推進與碳纖維、芳綸等材料的復合化研究，深化產學研協(xié)作，進一步拓展其在高端制造與國防軍工中的規(guī)?；瘧?。
從能源安全到材料自主，從技術追趕到國際領先，云天化國際復材用十年時間證明了中國材料科技的力量。每一根細如發(fā)絲的高模玻璃纖維，都是綠色能源中國正在崛起的生動寫照。
第1眼TV-華龍網 王鈺
責任編輯：邵煜晟
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