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【擴(kuò)大鋁應(yīng)用】鋁在風(fēng)力發(fā)電設(shè)施中大顯身手

時(shí)間:2021/06/08 來(lái)源:鋁道網(wǎng) 作者:天奧馬
【擴(kuò)大鋁應(yīng)用】鋁在風(fēng)力發(fā)電設(shè)施中大顯身手

盡管2019年中國(guó)減少了對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)的補(bǔ)貼,但2020年,中國(guó)新增風(fēng)電裝機(jī)容量仍達(dá)到52GW(吉瓦,1G=109即10億),使目前我國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)容量超過(guò)歐洲、非洲、中東、拉丁美洲的總和,穩(wěn)穩(wěn)地坐在了世界風(fēng)能大國(guó)的頭把交椅上。


2020年,東亞地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)容量占全 球的五分之三,而我國(guó)的裝機(jī)容量約占東亞地區(qū)的94%,也就是說(shuō),我國(guó)的風(fēng)能裝機(jī)容量占全 球的56.4%。據(jù)全 球風(fēng)能理事會(huì)數(shù)據(jù),2021年到2025年,中國(guó)每年需要新增50GW以上的風(fēng)電裝機(jī)容量;從2026年起,需要新增超過(guò)60GW/a的風(fēng)電裝機(jī)容量,才能在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。


建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)首先要建風(fēng)機(jī)、發(fā)電系統(tǒng)、換流站、輸送線路等,在這些工程與結(jié)構(gòu)和設(shè)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(fā)電系統(tǒng)和換流站內(nèi)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。


目前中國(guó)有多個(gè)海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng),如珠海金灣海上風(fēng)電場(chǎng),于2021年5月上旬實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)并網(wǎng)發(fā)電,該電場(chǎng)是粵港澳大灣區(qū)Z大的海上風(fēng)電場(chǎng),裝機(jī)容量達(dá)30萬(wàn)kW,極 大地提高了大灣區(qū)的綠色能源比例;隨著射陽(yáng)龍?jiān)碒2海上風(fēng)電項(xiàng)目于2021年4月正式并網(wǎng)發(fā)電,江蘇鹽城市新能源裝機(jī)容量達(dá)到1004.76萬(wàn)kW。鹽城風(fēng)能資源得天獨(dú)厚,沿海風(fēng)電可開(kāi)發(fā)總量占江蘇省可開(kāi)發(fā)風(fēng)電總量的2/3以上,截至2020年,鹽城海上風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模達(dá)352萬(wàn)KW。


為實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電的有效并網(wǎng),在現(xiàn)有兩條北電南送輸電通道的基礎(chǔ)上,江蘇正在南通、鹽城等沿海城市推進(jìn)500kV沿海輸電通道建設(shè),以更好地滿(mǎn)足海上風(fēng)電大規(guī)模連片開(kāi)發(fā)和向中遠(yuǎn)海域拓展的需求。此外,江蘇省在開(kāi)發(fā)風(fēng)電的同時(shí),正在向?yàn)┩烤C合開(kāi)發(fā)利用邁進(jìn),如東臺(tái)市已建成了一個(gè)相當(dāng)大的中國(guó)首 個(gè)灘涂綜合開(kāi)發(fā)區(qū),集風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、水面養(yǎng)殖為一體的“風(fēng)光漁”互補(bǔ)產(chǎn)業(yè)基地,實(shí)現(xiàn)了灘涂資源的高效利用與生態(tài)開(kāi)發(fā)。


除了海上風(fēng)電,還有張北(張家口市以北)草原上的風(fēng)電,或是山坡上的風(fēng)電,其旋轉(zhuǎn)槳葉、立柱和其它結(jié)構(gòu)的許多零部件,以及臺(tái)架與箱柜等都可以用鋁材制造,但槳葉與立柱是其Z大的結(jié)構(gòu)件,筆者匡算,如果按用材量計(jì)算,鋁材可占其用材比例的65%。而在風(fēng)力發(fā)電裝備中,槳葉是Z大也是Z重要的工件,它的長(zhǎng)度可達(dá)五六米或十幾米,鋁合金優(yōu)點(diǎn)很多,是制造風(fēng)力發(fā)電機(jī)特別是制造海上發(fā)電機(jī)的優(yōu) 異材料。如果設(shè)計(jì)者認(rèn)為鋁合金的強(qiáng)度還不夠,也可以用碳纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料(鋁含量>90%)制造,直升機(jī)等的旋翼槳葉都是用這兩種材料制備的。其中,中國(guó)南昌飛機(jī)制造集團(tuán)公司完全掌握了槳葉的設(shè)計(jì)與制造技術(shù),可以批量制備8米~14米的鋁基復(fù)合材料槳葉。制造槳葉的工藝有:擠壓法、鍛壓法和機(jī)械加工法。


風(fēng)機(jī)的立柱高度有高有低,一般為30米~100米,是用變徑管材一節(jié)一節(jié)焊接的,50米以下的管也可以是通長(zhǎng)擠壓的,可根據(jù)管的直徑大小采用不同擠壓力的擠壓機(jī)生產(chǎn),中國(guó)有擠壓力45MN~160MN的大擠壓機(jī)約180臺(tái),遍布全國(guó)各地,還有2臺(tái)225MN超大擠壓機(jī),可生產(chǎn)工業(yè)上用的所有型材與管材。


還有一個(gè)大零件是連接槳葉、立柱、旋轉(zhuǎn)桿的底座,它是結(jié)構(gòu)復(fù)雜且受力大的工件,宜用鍛造機(jī)械加工工藝制造,可用2XXX系鍛造鋁合金制備。風(fēng)力發(fā)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(guī)的鋁合金制造,但海上風(fēng)電設(shè)備Z好采用抗海洋氣候腐蝕的鋁合金材料。


美國(guó)的海上風(fēng)電發(fā)展迅速,正在全力追趕中國(guó)。2020年,美國(guó)只有兩個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng),分別位于羅得島和弗吉尼亞州海岸附近,處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的風(fēng)力渦輪機(jī)不足10臺(tái),但拜登政 府有著雄心勃勃的發(fā)展規(guī)劃,計(jì)劃到2030年,海上風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到30GW,并擬在馬薩諸塞州海岸附近建一個(gè)耗資28億美元,名為“葡萄園之風(fēng)”的海上風(fēng)電項(xiàng)目。這可能是世界上Z大的風(fēng)電項(xiàng)目。


歐洲的海上風(fēng)電業(yè)務(wù)也在蓬勃發(fā)展,德國(guó)、丹麥和英國(guó)在海岸附近部署了數(shù)十臺(tái)巨型風(fēng)力渦輪機(jī)。筆者測(cè)算,在清潔新能源產(chǎn)業(yè)中,風(fēng)力發(fā)電每kW裝機(jī)容量的用鋁量是Z多的,其次是太陽(yáng)能,但太陽(yáng)能電池框與支架用的鋁材都是較小的擠壓材,而風(fēng)力渦輪機(jī)用的是大的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋁型材,生產(chǎn)技術(shù)較高,難度也大一些。風(fēng)電場(chǎng)的用鋁潛力不可小覷,鋁加工廠宜向渦輪機(jī)制造廠提供可組裝的鋁合金零部件,如認(rèn)為必要或可能的話,也可建設(shè)專(zhuān)業(yè)化槳葉與立柱生產(chǎn)線或制造廠。


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