铝在风力发电设施中大显身手

　　2020年，东亚地区风电装机容量占全球的五分之三，而我国的装机容量约占东亚地区的94%，也就是说，我国的风能装机容量占全球的56.4%。据全球风能理事会数据，2021年到2025年，中国每年需要新增50GW以上的风电装机容量；从2026年起，需要新增超过60GW/a的风电装机容量，才能在2060年前实现碳中和。

　　建设风电场首先要建风机、发电系统、换流站、输送线路等，在这些工程与结构和设施中，铝材都可以大显身手，如桨叶、塔架和连接座可以用铝合金制造，发电系统和换流站内的许多零部件、箱柜和支架等也可用铝材制造，电线电缆除一部分用铜线的，其余均可使用铝线。

　　目前中国有多个海上风力发电场，如珠海金湾海上风电场，于2021年5月上旬实现全场并网发电，该电场是粤港澳大湾区大的海上风电场，装机容量达30万kW，地提高了大湾区的绿色能源比例；随着射阳龙源H2海上风电项目于2021年4月正式并网发电，江苏盐城市新能源装机容量达到1004.76万kW。盐城风能资源，沿海风电可开发总量占江苏省可开发风电总量的2/3以上，截至2020年，盐城海上风电并网规模达352万KW。

　　为实现海上风电的有效并网，在现有两条北电南送输电通道的基础上，江苏正在南通、盐城等沿海城市推进500kV沿海输电通道建设，以地满足海上风电大规模连片开发和向中远海域拓展的需求。此外，江苏省在开发风电的同时，正在向滩涂综合开发利用迈进，如东台市已建成了一个相当大的中国滩涂综合开发区，集风力发电、光伏发电、水面养殖为一体的“风光渔”互补产业基地，实现了滩涂资源的利用与生态开发。

　　除了海上风电，还有张北（张家口市以北）草原上的风电，或是山坡上的风电，其旋转桨叶、立柱和其它结构的许多零部件，以及台架与箱柜等都可以用铝材制造，但桨叶与立柱是其大的结构件，笔者匡算，如果按用材量计算，铝材可占其用材比例的65%。而在风力发电装备中，桨叶是大也是重要的工件，它的长度可达五六米或十几米，铝合金优点很多，是制造风力发电机特别是制造海上发电机的材料。如果设计者认为铝合金的强度还不够，也可以用碳纤维增强的铝基复合材料（铝含量＞90%）制造，直升机等的旋翼桨叶都是用这两种材料制备的。其中，中国南昌飞机制造集团公司掌握了桨叶的设计与制造技术，可以批量制备8米～14米的铝基复合材料桨叶。制造桨叶的工艺有：挤压法、锻压法和机械加工法。

　　风机的立柱高度有高有低，一般为30米～100米，是用变径管材一节一节焊接的，50米以下的管也可以是通长挤压的，可根据管的直径大小采用不同挤压力的挤压机生产，中国有挤压力45MN～160MN的大挤压机约180台，遍布全国各地，还有2台225MN超大挤压机，可生产工业上用的所有型材与管材。

　　还有一个大零件是连接桨叶、立柱、旋转杆的底座，它是结构复杂且受力大的工件，宜用锻造机械加工工艺制造，可用2XXX系锻造铝合金制备。风力发电站的立柱与桨叶可用6XXX系铝合金；其它装备零部件与线缆可用常规的铝合金制造，但海上风电设备好采用抗海洋气候腐蚀的铝合金材料。

　　美国的海上风电发展迅速，正在全力追赶中国。2020年，美国只有两个海上风电场，分别位于罗得岛和弗吉尼亚州海岸附近，处于运转状态的风力涡轮机不足10台，但拜登政府有着雄心勃勃的发展规划，计划到2030年，海上风电装机容量达到30GW，并拟在马萨诸塞州海岸附近建一个耗资28亿美元，名为“葡萄园之风”的海上风电项目。这可能是上大的风电项目。

　　欧洲的海上风电业务也在蓬勃发展，德国、丹麦和英国在海岸附近部署了数十台巨型风力涡轮机。笔者测算，在清洁新能源产业中，风力发电每kW装机容量的用铝量是多的，其次是太阳能，但太阳能电池框与支架用的铝材都是较小的挤压材，而风力涡轮机用的是大的、结构复杂的铝型材，生产技术较高，难度也大一些。风电场的用铝潜力不可小觑，铝加工厂宜向涡轮机制造厂提供可组装的铝合金零部件，如认为必要或可能的话，也可建设化桨叶与立柱生产线或制造厂。