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    鋁在風力發電設施中大顯身手
    時間:2021-07-27 17:33    來源:    點擊:

     

    盡管2019年中國減少了對新能源產業的補貼,但2020年,中國新增風電裝機容量仍達到52GW(吉瓦,1G=109即10億),使目前我國的風電裝機容量超過歐洲、非洲、中東、拉丁美洲的總和,穩穩地坐在了世界風能大國的頭把交椅上。

    2020年,東亞地區風電裝機容量占全球的五分之三,而我國的裝機容量約占東亞地區的94%,也就是說,我國的風能裝機容量占全球的56.4%。據全球風能理事會數據,2021年到2025年,中國每年需要新增50GW以上的風電裝機容量;從2026年起,需要新增超過60GW/a的風電裝機容量,才能在2060年前實現碳中和。

    建設風電場首先要建風機、發電系統、換流站、輸送線路等,在這些工程與結構和設施中,鋁材都可以大顯身手,如槳葉、塔架和連接座可以用鋁合金制造,發電系統和換流站內的許多零部件、箱柜和支架等也可用鋁材制造,電線電纜除一部分必須用銅線的,其余均可使用鋁線。

    除了海上風電,我國還有張北(張家口市以北)草原上的風電,或是山坡上的風電,其旋轉槳葉、立柱和其它結構的許多零部件,以及臺架與箱柜等都可以用鋁材制造,但槳葉與立柱是其最大的結構件,筆者匡算,如果按用材量計算,鋁材可占其用材比例的65%。而在風力發電裝備中,槳葉是最大也是最重要的工件,它的長度可達五六米或十幾米,鋁合金優點很多,是制造風力發電機特別是制造海上發電機的優異材料。如果設計者認為鋁合金的強度還不夠,也可以用碳纖維增強的鋁基復合材料(鋁含量>90%)制造,直升機等的旋翼槳葉都是用這兩種材料制備的。其中,中國南昌飛機制造集團公司完全掌握了槳葉的設計與制造技術,可以批量制備8米~14米的鋁基復合材料槳葉。制造槳葉的工藝有:擠壓法、鍛壓法和機械加工法。

    風機的立柱高度有高有低,一般為30米~100米,是用變徑管材一節一節焊接的,50米以下的管也可以是通長擠壓的,可根據管的直徑大小采用不同擠壓力的擠壓機生產,中國有擠壓力45MN~160MN的大擠壓機約180臺,遍布全國各地,還有2臺225MN超大擠壓機,可生產工業上用的所有型材與管材。

    還有一個大零件是連接槳葉、立柱、旋轉桿的底座,它是結構復雜且受力大的工件,宜用鍛造機械加工工藝制造,可用2XXX系鍛造鋁合金制備。風力發電站的立柱與槳葉可用6XXX系鋁合金;其它裝備零部件與線纜可用常規的鋁合金制造,但海上風電設備最好采用抗海洋氣候腐蝕的鋁合金材料。

    筆者測算,在清潔新能源產業中,風力發電每kW裝機容量的用鋁量是最多的,其次是太陽能,但太陽能電池框與支架用的鋁材都是較小的擠壓材,而風力渦輪機用的是大的、結構復雜的鋁型材,生產技術較高,難度也大一些。風電場的用鋁潛力不可小覷,鋁加工廠宜向渦輪機制造廠提供可組裝的鋁合金零部件,如認為必要或可能的話,也可建設專業化槳葉與立柱生產線或制造廠。

    (王祝堂)

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