“渝”見創新丨從追趕到引領 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及產業化”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“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：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，企業站在十字路口：是繼續沿用可支持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略和發展綠色風電產業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。
在接下來兩年多時間里，研發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，研發團隊連續更換了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。研發人員輪班值守在窯爐現場，手動疏通比發絲更細的漏嘴。“這是在燒錢！還不如放棄”“兩年研發已耗資幾千萬元，若失敗，一切歸零”。持續高強度的勞作，讓研發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復材研發中心玻璃配方研發經理韓利雄回憶說。當時，研發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。經常一站就是幾個小時。這樣的“熔爐蹲守模式”持續了十多天。
最終研發團隊發現：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，發電量可提升約20%～30%，且可讓風電葉片以超過20年的壽命穩定運轉。
項目成果不僅停留在實驗室，更實現了全產業鏈落地。
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合重慶風渡新材料、重通成飛等企業，形成從高模材料、拉擠板材到葉片設計制造的全產業鏈，推動重慶當地綠色高質量發展。
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，團隊還將持續推進與碳纖維、芳綸等材料的復合化研究，深化產學研協作，進一步拓展其在高端制造與國防軍工中的規模化應用。
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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