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到光伏、風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)“打卡”

2021-01-26 10:34:00

  本報(bào)記者 王漢杰
  從甘肅嘉峪關(guān)上連霍高速(江蘇連云港—新疆伊犁州霍爾果斯),往新疆烏魯木齊方向,不時(shí)可見(jiàn)光伏發(fā)電場(chǎng)和風(fēng)力發(fā)電場(chǎng),一路向西,連綿不斷。大西北之外,在東北平原、內(nèi)蒙古高原、華北平原、東南沿海、華南丘陵等地帶,光伏、風(fēng)電裝備隨處可見(jiàn)。
  1月20日,國(guó)家能源局公布了2020年新能源裝機(jī)容量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示,2020年我國(guó)新增風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)7167萬(wàn)千瓦、太陽(yáng)能發(fā)電4820萬(wàn)千瓦,新增裝機(jī)容量之和約為1.2億千瓦。
  光伏和風(fēng)電等可再生能源發(fā)展前景可觀,作為其發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)材料,鋼鐵將更加深入、廣泛地參與到光伏、風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)建設(shè)中,在我國(guó)綠色能源轉(zhuǎn)型路上留下低碳足跡。
  我國(guó)能源結(jié)構(gòu)新主角登場(chǎng)
  太陽(yáng)能是可再生、無(wú)污染的綠色清潔能源,儲(chǔ)量豐富。太陽(yáng)向宇宙空間發(fā)射的輻射功率為3.8×1023千瓦的輻射值,其中20億分之一到達(dá)地球大氣層。在到達(dá)地球大氣層的太陽(yáng)能中,有30%被大氣層反射,有23%被大氣層吸收,有47%到達(dá)地球表面,其功率為80萬(wàn)億千瓦。也就是說(shuō),太陽(yáng)每秒鐘照射到地球上的能量相當(dāng)于燃燒500萬(wàn)噸煤釋放的熱量。據(jù)此推算,目前全球人類每年能源消耗的總和只相當(dāng)于太陽(yáng)在40分鐘內(nèi)照射到地球表面的能量。
  與此同時(shí),地球上約有2%的太陽(yáng)能會(huì)轉(zhuǎn)化成風(fēng)能。我國(guó)風(fēng)能資源豐富,風(fēng)能總儲(chǔ)量達(dá)到32.26億千瓦,陸上可開(kāi)發(fā)風(fēng)能總量約為2.5億千瓦,居世界首位。從我國(guó)太陽(yáng)年輻射總量的分布來(lái)看,西藏、青海、新疆、寧夏南部、甘肅、內(nèi)蒙古南部、山西北部、陜西北部、遼寧、河北東南部、山東東南部、河南東南部、吉林西部、云南中部和西南部、廣東東南部、福建東南部、海南東部和西部及中國(guó)臺(tái)灣西南部等地區(qū)的太陽(yáng)輻射總量較大。
  這種豐富的資源條件,伴隨著近年來(lái)對(duì)環(huán)境保護(hù)的迫切需求,促進(jìn)了我國(guó)光伏和風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,2014年~2019年,我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量持續(xù)增長(zhǎng)。截至2019年底,全國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量為21005萬(wàn)千瓦,占全球的32.29%。
  經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要能源的保障,經(jīng)濟(jì)內(nèi)循環(huán)需要能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。在技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)需求的雙重驅(qū)動(dòng)下,我國(guó)光伏和風(fēng)電成本不斷降低。據(jù)估算,目前我國(guó)新建陸上風(fēng)電和光伏項(xiàng)目的度電成本位于50美元/兆瓦時(shí)的水平,與新建煤電不相上下;到2025年,新建陸上風(fēng)電、光伏項(xiàng)目的度電成本將較新建煤電項(xiàng)目低30%以上。這意味著,2025年后,通過(guò)新建煤電項(xiàng)目來(lái)滿足新增用電需求將不再具備經(jīng)濟(jì)性。在未來(lái)的能源結(jié)構(gòu)中,火電占比將越來(lái)越小,核電、水電占比將保持穩(wěn)定,以光伏和風(fēng)電為主的可再生能源發(fā)電的占比將不斷提升,并在未來(lái)占據(jù)主流能源的地位,成為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的新主角。
  光伏和風(fēng)電用鋼市場(chǎng)潛力可觀
  發(fā)展光伏和風(fēng)電,鋼鐵是不可或缺的基礎(chǔ)材料。
  風(fēng)力發(fā)電的主要設(shè)備有機(jī)艙、轉(zhuǎn)子葉片、軸屯、低速軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、偏航裝置、電子控制裝置及塔架(塔筒)。在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的制造中,最關(guān)鍵的便是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。數(shù)據(jù)顯示,1臺(tái)1500千瓦的風(fēng)電機(jī)組平均耗鋼量約為170噸,而1臺(tái)1萬(wàn)千瓦的風(fēng)電機(jī)組平均耗鋼量約為1130噸。據(jù)測(cè)算,我國(guó)在“十四五”期間有望新建風(fēng)力發(fā)電裝備130吉瓦以上,用鋼量不可小覷,年均鋼材消耗量有望達(dá)到300萬(wàn)噸左右。在此背景下,具有高附加值的風(fēng)電用寬厚板、電工鋼的前景較為廣闊。
  風(fēng)電用鋼主要用在塔架和機(jī)艙底座。其中,塔架是風(fēng)電用鋼最多的部位,所用鋼材主要為厚板。風(fēng)電設(shè)備較大,多安裝在戈壁荒漠或海洋近岸,往往直接暴露在大自然的風(fēng)吹日曬、雨淋和鹽蝕中,服役環(huán)境十分惡劣,因此對(duì)所用鋼材有著特殊的要求。高強(qiáng)度、耐疲勞、高斷裂韌性、易焊接及耐腐蝕等均是風(fēng)電用鋼須具備的品質(zhì)。
  除了塔筒和機(jī)艙底座,風(fēng)電機(jī)組的其他組成部分,如塔筒法蘭和門框、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、主軸、軸承、齒輪等也都會(huì)用到鋼材。
  與風(fēng)電用鋼相比,光伏發(fā)電用鋼相對(duì)簡(jiǎn)單得多,品種上也相對(duì)單一,主要是用于制作光伏支架的結(jié)構(gòu)鋼。光伏支架對(duì)抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)有著特殊的要求,屈服點(diǎn)高可以減小型鋼構(gòu)件截面,減輕結(jié)構(gòu)自重,抗拉強(qiáng)度高可以增加結(jié)構(gòu)整體安全性能,提高結(jié)構(gòu)的可靠性。因此,光伏支架要求所用鋼材須具有較好的塑性、韌性及耐疲勞性。較好的塑性可以調(diào)整結(jié)構(gòu)局部峰值應(yīng)力,提高結(jié)構(gòu)的整體承載力。較好的韌性可以使結(jié)構(gòu)在外力沖擊荷載作用下吸收較多能量。較好的耐疲勞性可以使結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的抵抗風(fēng)荷載的能力。太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用壽命一般在20年以上,因此,良好的耐腐蝕性能也是衡量光伏支架用鋼好壞的指標(biāo)之一。
  鋼企未來(lái)將深度參與風(fēng)電產(chǎn)業(yè)
  早在10多年前,我國(guó)大型風(fēng)電場(chǎng)在新疆、甘肅、內(nèi)蒙古開(kāi)始建設(shè)時(shí),就有多家鋼企積極參建,為風(fēng)電場(chǎng)提供建設(shè)用鋼。
  在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)中,塔架(塔筒)的耗鋼量最大,主要是Q345E、Q345D、Q345C等牌號(hào)的耐低溫高強(qiáng)鋼板,塔筒法蘭材質(zhì)主要是Q345D、Q345E等牌號(hào)的環(huán)形鍛件。2010年,塔筒用鋼板年供貨量超過(guò)10萬(wàn)噸的鋼企主要有寶鋼、包鋼、河鋼舞鋼、酒鋼等。其中,寶鋼電工鋼當(dāng)時(shí)占國(guó)內(nèi)風(fēng)電市場(chǎng)的60%。
  風(fēng)電用厚板必須具有焊接性能好、力學(xué)性能良好、低溫沖擊韌性強(qiáng)等特點(diǎn),一般的生產(chǎn)厚板的鋼企難以達(dá)標(biāo)。隨著工藝的進(jìn)步,2015年后,南鋼、沙鋼、鞍鋼、首鋼等具備風(fēng)電用鋼生產(chǎn)能力的鋼企逐漸增多,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。2018年,《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼(GB/T 1591-2018)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)頒布。2019年5月份,按照新國(guó)標(biāo)生產(chǎn)的首批2000余噸風(fēng)電用鋼板在鞍鋼順利下線,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、指標(biāo)良好。2020年,寶鋼股份推出新一代風(fēng)電用鋼系列產(chǎn)品,鋼板各項(xiàng)性能完全達(dá)標(biāo),提升了焊接效率和質(zhì)量,縮短了制造周期,產(chǎn)品成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外多個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目。
  與此同時(shí),光伏用鋼也吸引了鋼企的目光。除了為光伏支架加工企業(yè)提供圓鋼、小角鋼和薄壁型鋼外,鋼企還把注意力放在光伏支架的防腐蝕性能上?!吨袊?guó)冶金報(bào)》記者近日就在短視頻平臺(tái)上看到,酒鋼高級(jí)工程師王瑾利用短視頻反復(fù)宣講酒鋼鋅鋁鎂合金板對(duì)光伏支架的防腐蝕作用。這種具有切口自修復(fù)能力的鋅鋁鎂合金板,可滿足光伏支架長(zhǎng)期服役下對(duì)壽命的要求。
  “十四五”期間,隨著風(fēng)電和光伏建設(shè)規(guī)模不斷加大,鋼企將不斷深入其中,到光伏、風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)“打卡”。

來(lái)源:中國(guó)冶金報(bào)-中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng)

編輯:滕珊

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