“渝”見創(chuàng)新丨從追趕到引領(lǐng) 國(guó)際復(fù)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(wǎng)
一個(gè)“大風(fēng)車”的葉片究竟有多長(zhǎng)？可以達(dá)到100米以上。
要突破100米可不簡(jiǎn)單，這是一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)整整十年的研究成果。
8月28日，2024年度重慶市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)?wù)浇視裕铺旎瘓F(tuán)旗下重慶國(guó)際復(fù)合材料股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱云天化國(guó)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(xiàng)目，獲得重慶市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
正是這個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)用，讓“大風(fēng)車”上的風(fēng)電葉片得以“強(qiáng)筋健骨”，成為推動(dòng)風(fēng)機(jī)大型化和提高發(fā)電效率的關(guān)鍵因素。
“沒有它，百米級(jí)風(fēng)電葉片無(wú)法實(shí)現(xiàn)?！?/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(shí)，國(guó)際復(fù)材公司相關(guān)工作人員談到，應(yīng)對(duì)全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)“風(fēng)機(jī)大型化”以降低度電成本的必然趨勢(shì)，解決超長(zhǎng)葉片面臨的“剛度不足”與“重量失控”的核心技術(shù)瓶頸是繞不開的課題。
葉片長(zhǎng)度成為提升發(fā)電效率、降低度電成本（LCOE）的關(guān)鍵。葉片越長(zhǎng)，捕獲風(fēng)能越多。然而，葉片長(zhǎng)度增加也帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：其重量和所受風(fēng)載荷以立方關(guān)系急劇增長(zhǎng)，導(dǎo)致彎曲變形風(fēng)險(xiǎn)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(xiàn)有技術(shù)，還是冒險(xiǎn)攻關(guān)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(wàn)元重建實(shí)驗(yàn)線、組建新團(tuán)隊(duì)，在國(guó)家風(fēng)電補(bǔ)貼退坡的背景下，無(wú)疑是一場(chǎng)“豪賭”。
然而要在性能優(yōu)越但價(jià)格昂貴的碳纖維和成本低廉但性能已達(dá)瓶頸的玻璃纖維之間，尋找一個(gè)具有超高性價(jià)比、能夠保障供應(yīng)鏈安全，并且與現(xiàn)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(xiàng)耗時(shí)十余年的科研攻關(guān)，不僅成功打破國(guó)外技術(shù)壟斷，更使我國(guó)在高性能風(fēng)電葉片材料領(lǐng)域躍居國(guó)際前沿，為實(shí)現(xiàn)國(guó)家能源安全戰(zhàn)略和發(fā)展綠色風(fēng)電產(chǎn)業(yè)提供了關(guān)鍵材料支撐。
高模量玻璃纖維，核心特點(diǎn)在于遠(yuǎn)超普通玻璃纖維的彈性模量。它被主要應(yīng)用于風(fēng)電葉片的核心承力結(jié)構(gòu)——主梁，相當(dāng)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(zhǎng)葉片安全運(yùn)行、推動(dòng)風(fēng)機(jī)大型化的關(guān)鍵材料。
面對(duì)“無(wú)圖紙、無(wú)技術(shù)、無(wú)經(jīng)驗(yàn)”的“三無(wú)”局面，公司選擇背水一戰(zhàn)。
在接下來兩年多時(shí)間里，研發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)了百余組玻璃纖維配方，2017年夏，迎來了第一個(gè)好消息——優(yōu)選配方體系性能得到明顯提升，團(tuán)隊(duì)看到了勝利的曙光。
然而好事多磨，2018年7月，中試車間內(nèi)警報(bào)聲刺耳。價(jià)值數(shù)十萬(wàn)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(jié)成團(tuán)。
是哪里出了問題？
一個(gè)多月時(shí)間里，研發(fā)團(tuán)隊(duì)連續(xù)更換了5臺(tái)設(shè)備，試驗(yàn)了數(shù)十次，仍無(wú)法解決“拉絲不成型”的魔咒。
車間溫度高達(dá)50多度，如同蒸桑拿。研發(fā)人員輪班值守在窯爐現(xiàn)場(chǎng)，手動(dòng)疏通比發(fā)絲更細(xì)的漏嘴。“這是在燒錢！還不如放棄”“兩年研發(fā)已耗資幾千萬(wàn)元，若失敗，一切歸零”。持續(xù)高強(qiáng)度的勞作，讓研發(fā)人員的情緒接近崩潰。
“因?yàn)槲议L(zhǎng)時(shí)間目不轉(zhuǎn)睛盯著漏嘴，導(dǎo)致眼睛腫脹，一度模糊看不清東西?！痹铺旎瘒?guó)際復(fù)材研發(fā)中心玻璃配方研發(fā)經(jīng)理韓利雄回憶說。當(dāng)時(shí)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)逐幀分析上千組數(shù)據(jù)，逐個(gè)解決遇到的難題。
“參數(shù)偏差0.1‰，就可能前功盡棄?！碑?dāng)時(shí)，韓立雄每天上班第一件事，就是到窯爐現(xiàn)場(chǎng)觀察漏板拉絲狀態(tài)。經(jīng)常一站就是幾個(gè)小時(shí)。這樣的“熔爐蹲守模式”持續(xù)了十多天。
最終研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)：玻璃配方中一元素配方比例細(xì)微失衡，導(dǎo)致熔液粘度過高。2018年底，玻璃液終于在漏嘴上織出4000根細(xì)絲的完美集束，首批模量95GPa超高模玻璃纖維正式問世，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，引領(lǐng)國(guó)際水平。
這些細(xì)絲較傳統(tǒng)玻璃纖維相比，模量高出30%左右，可助推風(fēng)電葉片長(zhǎng)度從90米躍升至100米以上，掃風(fēng)面積增加40%以上，發(fā)電量可提升約20%～30%，且可讓風(fēng)電葉片以超過20年的壽命穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
項(xiàng)目成果不僅停留在實(shí)驗(yàn)室，更實(shí)現(xiàn)了全產(chǎn)業(yè)鏈落地。
國(guó)際復(fù)材建成了國(guó)內(nèi)首條10萬(wàn)噸級(jí)高模量玻璃纖維生產(chǎn)線，研制出國(guó)際首個(gè)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(shù)。這些產(chǎn)品獲得英國(guó)勞氏、挪威船級(jí)社、美國(guó)FDA、中國(guó)船級(jí)社等認(rèn)證，形成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)20項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)，性能比肩國(guó)際先進(jìn)水平。
在應(yīng)用方面，項(xiàng)目成果助力16MW、18MW及26MW海上風(fēng)電機(jī)組研制成功，這些機(jī)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(guó)務(wù)院國(guó)資委“十大國(guó)之重器”，并在明陽(yáng)智能、遠(yuǎn)景能源、GE等國(guó)內(nèi)外企業(yè)批量應(yīng)用。
以102米葉片為例，其掃風(fēng)面積相當(dāng)于4.7個(gè)足球場(chǎng)，年發(fā)電量超過4000萬(wàn)千瓦時(shí)，可滿足2萬(wàn)余戶家庭用電，減排二氧化碳約3.4萬(wàn)噸。
目前，云天化國(guó)際復(fù)材已聯(lián)合重慶風(fēng)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(shè)計(jì)制造的全產(chǎn)業(yè)鏈，推動(dòng)重慶當(dāng)?shù)鼐G色高質(zhì)量發(fā)展。
更重要的是，高模玻璃纖維的應(yīng)用已超越風(fēng)電領(lǐng)域，向軌道交通、新能源汽車、光伏邊框、航空航天等領(lǐng)域加速滲透。未來，團(tuán)隊(duì)還將持續(xù)推進(jìn)與碳纖維、芳綸等材料的復(fù)合化研究，深化產(chǎn)學(xué)研協(xié)作，進(jìn)一步拓展其在高端制造與國(guó)防軍工中的規(guī)?；瘧?yīng)用。
從能源安全到材料自主，從技術(shù)追趕到國(guó)際領(lǐng)先，云天化國(guó)際復(fù)材用十年時(shí)間證明了中國(guó)材料科技的力量。每一根細(xì)如發(fā)絲的高模玻璃纖維，都是綠色能源中國(guó)正在崛起的生動(dòng)寫照。
第1眼TV-華龍網(wǎng) 王鈺
責(zé)任編輯：邵煜晟
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