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竹制“大风车”,重塑竹资源的工业表达  

2016-04-23 02:47:42|  分类: 科技产业 |  标签: |举报 |字号 订阅

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在河北省张家口市的单晶河风电场、山东省东营市的河口风电场、山西省大同市的天镇风电场等地矗立着一些与众不同的风力发电机组。这些“大风车”远观起来并没有什么不同,但他们却实实在在夯实了风电能源的绿色属性,因为这些风力发电机组的风车叶片是用竹子制造的。

这些竹制“大风车”出自一家叫做可汗之风的科技公司。10年来,可汗之风一直致力于竹制风力发电机叶片的研发和制造。连可汗之风自己也没想到的是,这家名不见经传的“低调公司”正悄无声息地创造着竹材高端制造的工业表达。

天然纤维叶片从木到竹

风力发电机的叶片用天然纤维材料来制造,竹子并不是首创。早在上世纪80年代的英国,就出现了一些木叶片的制造厂。由Vestas公司生产的木叶片至今累计已超过了10000片,其中80%以上为40米或更长的叶片。

北京可汗之风科技有限公司总经理杜瑛卓最早接触的天然纤维叶片也是木叶片,他在英国剑桥大学深造时追随的导师Jim Platts正是一位研究木叶片的专家。在当时,木叶片相比玻璃钢等传统材料的优势特性已非常明显。有一次,杜瑛卓邀请导师来到中国,吃饭时用到的竹筷子激发了导师新的灵感:能否用竹子来制作叶片?

2005年,杜瑛卓和他的团队开始了对竹叶片的研发。可汗之风和中国林科院等科研单位合作,邀请竹加工技术专家于文吉、王戈等作为顾问,通过重组竹等新技术的融合与升级,打造出以竹材为主的复合材料叶片。

之所以选择复合材料而不是全竹制造,杜瑛卓解释,风力发电机的叶片对强度有很高的要求,而竹材的强度确实不如玻璃钢。所以采取不同材料相组合,在性能上各种材料取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料,可以满足各种不同的要求。杜瑛卓说,每个叶片竹材占比为50%以上。

竹叶片从研发到最终装机,要经历成千上万次的测试。杜瑛卓介绍,叶片获得认证前必须要经历材料强度测试、材料疲劳测试、叶片强度测试、叶片振动测试和叶片疲劳测试,测试成本累计上千万元。仅材料疲劳测试一项就要做数百万次,历时6个月时间。

如今可汗之风已取得了关于竹叶片的多项专利,并且和国内其他公司合作推动竹叶片的推广使用。可汗之风还是目前国内唯一在伊朗投资建厂的风电企业,伊朗工厂目前已接到几个亿的订单。

杜瑛卓认为,从玻璃钢到木材,再到如今的毛竹、慈竹等,叶片材料的变革无疑使材料性能变得更加稳定、成本优势更加明显,同时更顺应了全球绿色低碳的潮流。

竹叶片夯实新能源绿色属性

目前我国在用的风力发电机叶片普遍为玻璃钢材料,面临一个重要的问题是机身如何“寿终正寝”。杜瑛卓说,当前我国并没有形成完善的风力发电机回收体系,大量报废的玻璃钢制品或将成为新的环保隐患。而竹制复合材料叶片能回收、可降解,环保性能十分突出。

杜瑛卓说,我们在把竹子这一中国天然优势资源引入到工业应用的同时,也使得风能工业变得更加清洁、更加绿色。

除了环保性以外,竹叶片和其他材料叶片相比,还有哪些优势?

专家介绍,发电机叶片的性价比主要取决于叶片长度和制造成本。使用竹代替玻璃钢作为叶片的主要结构材料,可使叶片重量更轻、成本更低。更长的叶片意味着更高的发电量,同时更轻的叶片降低了传动链的承重要求,不仅降低叶片自身的价格,而且有利于帮助优化机组的整体设计。一个标准三类1500千瓦的叶片,玻璃钢叶片的长度为40米,而重量为6.2吨,而同样长度的竹叶片重量为5.8吨。

杜瑛卓介绍,我国竹材拥有更好的力学性能,而且具有生长周期短、资源充足、成本低等特点。竹叶片工艺简单、成本较低、性能稳定、便于回收再利用,并且可以为任何规格的机组进行产品设计开发。

如今,竹制复合材料叶片以其高性能、低成本和可回收利用等独到优势,成为风能工业中一道亮丽的风景。

竹利用开启智能工业化模式

毕业于清华大学又在剑桥大学深造的杜瑛卓,并不是学林或学竹出身,但工业化制造的一系列积累,让他从工业运用的角度发现了竹子,并且重新定义了竹子。杜瑛卓认为,中国的竹材资源丰富,是自然赐予我们的礼物,如果只是停留在简单的初级加工,那是对竹材的极大浪费。

杜瑛卓和他的团队正在积极拓展竹子的其他工业应用。他们和百度、富士康等公司合作,共同研发出可检测油品质量的智能竹筷。每一双智能竹筷的竹净重量只有6克,却实现了竹材高科技、高附加值的利用。这个新产品还没有正式上市就已在国际上获得了多项设计大奖。

智能竹筷研发的成功给了杜瑛卓很大启发和信心。他说,无论是大到40多米的风力发电机叶片,还是小到只有6克的智能竹筷,竹子都可以完美呈现,那还有什么是竹子不能实现的呢?

因为竹子纤维比其他材料更利于接收无线信号,因此杜瑛卓认为,在智能家居与各项智能设备越来越多的时代,竹子完全可以发挥更多更大的作用,在工业化制造领域引领新的天然材料智能化使用热潮。

目前,杜瑛卓团队正在研发试验竹制光伏发电的支架,甚至游艇、汽车配件等等。

杜瑛卓也提到了时下刚刚兴起的竹缠绕复合压力管,他认为这都是竹材大规模工业化利用的良好开端。“或许我们已到了换一个角度来看待竹子的时候了。这个角度可以是工业的、智能的、高科技的,甚至天马行空的。”杜瑛卓对竹材利用的未来充满信心:“相信一个竹材工业化改变生活的时代就要开始了!”

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