風電用鋼:助力可再生能源發展

  • 發布時間:2023-08-04

本文介紹了風電行業的發展現狀,用鋼要求、鋼種、常用牌号、生產商以及市場前景。

一、概述

 

随着能源可再生技術進一步推進,電力工業部門對于可再生能源的需求也越來越大,而風電行業就是其中一個重要的組成部分,是我國鋼材需求的重點產業之一,所用的鋼材品種、規格繁多。

 

風力發電需要的設備主要包括機艙、齒輪箱、發電機、轉子葉片、軸承、軸心、低速軸、齒輪箱、發電機、偏航裝置、電子控制器、塔筒、塔架等等。這些發電裝備都離不開鋼材。

 

二、風電行業發展現狀

 

21世紀以來,在全球氣候變暖和減少碳排放的大背景下,全球風電行業總體快速發展。

 

1. 全球

 

2022年全球新增風電裝機92.8GW,陸上風電新增裝機占比89%,海上風電僅占11%。中國,歐洲,北美是三大主要市場,占據了全球新增裝機量87%的份額。

 

2. 國内

 

  • 累計裝機:截至2021年末,全國陸上風電累計裝機容量320GW,占全球陸上總裝機量達40%,海上風電累計裝機容量25.35GW,占全球海上總裝機量達48%,中國均已成為累計裝機量第一大國家。

 

  • 新增裝機:2021年全國風電新增裝機容量55.92GW,其中陸上風電新增裝機41.44GW,海上風電新增裝機14.48GW,亦均為第一大新增裝機國家。

 

無論是累計還是新增裝機容量,我國都已成為全球規模最大的風電市場。

 

 

三、風電用鋼的要求

 

風電用鋼的選擇要注意以下三方面的要求:

 

1. 功能類要求

 

  • 強度:風電機組的重要部件需要承受巨大的力量,因此鋼材在使用時需要擁有較高的強度。通常使用高強度鋼材,以确保機組的使用壽命和安全性。

 

  • 韌性:風電機組往往需要承受長期的風力沖擊和振動,因此鋼材的韌性也非常重要。韌性越高,則機組在疲勞循環工作中的耐久性和裂紋擴散性能越好。

 

  • 耐腐蝕:風電機組往往建設在海洋和山區等惡劣環境中,因此鋼材要有耐腐蝕的性能。尤其是海洋風電,海水的腐蝕對機組的影響尤為明顯。

 

2.加工類要求

 

  • 精度:風電機組的各個部件需要接口精度高,鋼材的加工精度也非常重要加工精度高,就能夠更好地保證機組的集中度和安全性。

 

  • 表面質量:鋼材表面的質量也是很重要的,影響着機組的防腐壽命和外觀效果如果鋼材表面存在打磨痕迹、氧化層和劃痕等缺陷,不僅影響美觀還可能影響使用效果和壽命。

 

3.環保類要求

 

  • 材料來源:在鋼材的選擇過程中,需要考慮到材料的來源,尤其是對環境的影響,優先選擇符合環保要求的材料,确保生產過程中不會對環境造成過多的污染。

 

  • 生產工藝:鋼材的生產工藝也與環保密切相關,使用低碳、低能耗的工藝将對環境造成的負面影響降到最低。

 

總之,對風電用鋼材的選擇要注意其強度、韌性、耐腐蝕性、精度和表面等因素:在環保問題上,也需着重關注材料來源和生產工藝等方面。隻有選擇合适和優質的鋼材,才能夠為風電機組的安全和可靠性提供充分的保證。

 

 

四、風電用鋼的種類

 

風電用鋼可以根據用途和功能來分類。

 

1. 按用途主要分為三類:

 

  • 中厚闆:具有焊接性能好、力學結構良好、低溫沖擊韌性強(D、E級)等特點。用于風電發電機組的塔筒和機艙底座等零部件,占到總耗鋼量的69%左右。

 

常見牌号:Q235、Q345、Q355等。

 

  • 電工鋼:具有鐵芯損耗低、磁感應強度高、沖片性良好等特性。用于制造風力發電機組的電機鐵芯、定子和轉子零部件,約占總耗鋼量的5%。

 

常見牌号:B50A470、B50A600、B50A800等

 

  • 特殊鋼:具有更高的強度和韌性及性能。用于風輪主軸、變槳系統軸承、偏航系統軸承、傳動系統齒輪、軸和軸承以及發電機軸等零部件,約占總耗鋼量的26%。

 

常見牌号:18CrNiMo7、40CrNiMo、20CrNi2MoA、20CrNiMo、20CrMnTi、20CrMo、20MnCr5、17CrNi5、16CrNi、42CrMo4、17CrNiMo6、34CrNiMo6、G20Cr2Ni4、GCr15SiMn、GCr18Mo等。

 

2. 按功能可分為四類:

 

  • 低合金高強度鋼:具有較高的強度和韌性,能夠承受高風速和大風載荷的挑戰。用于制造風電塔和桅杆的主要材料,需要具備較高的強度和穩定性。

 

常見牌号:Q390、Q420等。

 

  • 高強度鋼:具有更高的屈服強度和抗拉強度,能夠提供更大的結構剛度和穩定性。用于制造風電設備中的關鍵部件,如發電機支架、葉片等,能夠承受高風速和大風載荷的挑戰。

 

常見牌号:Q550D、Q690D、Q890D、Q960D等。

 

  • 耐候鋼:具有優異的耐候性能,能夠抵禦長期暴露于風雨中的腐蝕和氧化。用于制造風電塔和桅杆等暴露在戶外環境下的部件。

 

常見牌号:09CuPCrNi-A、09CuPTiRE-A、09CuPTiRE-B、B480GNQR等。

 

  • 不鏽鋼:具有良好的耐腐蝕性能,能夠抵禦風電設備在海洋環境中的腐蝕和氧化。用于制造風電設備中的部件,如軸承、連接件等,具有優異的耐腐蝕性能。

 

常見牌号:304、316、316L等

 

 

五、風電用鋼市場前景

 

GWEC預計,2023年全球新增風電裝機容量将超過100GW,未來5年新增裝機容量将達到680GW。

 

1. 風電用鋼需求分析

 

根據澳大利亞鋼鐵協會(ASI)2022年數據:

 

每GW陸上風電裝機量對應鋼材需求量12.4萬噸,按照用量比例來看,需中厚闆8.6萬噸、電工鋼0.6萬噸、特殊鋼3.2萬噸;

 

每GW海上風電裝機量對應鋼材需求量19.0萬噸,其中中厚闆13.1萬噸、電工鋼1.0萬噸、特殊鋼4.9萬噸。

 

考慮風電機組大型化趨勢,會降低每GW塔筒用鋼量,因此假設陸風用鋼量以1%的年均增速降低,海風用鋼量以2%的年均增速降低(海上風電大型化趨勢更為顯著)。

 

2. 風電用鋼需求測算

 

  • 全球:預計2022-2026年全球風電累計新增裝機655GW,需消耗8781萬噸的鋼材,鋼材需求增量CAGR達21.4%,年均鋼材需求增量為1756萬噸;其中中厚闆、電工鋼、特殊鋼的年均需求量分别為1212、88、457萬噸。

 

  • 國内:預計2022-2026年中國風電累計新增裝機364GW,需消耗4874萬噸的鋼材,鋼材需求增量CAGR達24.5%,年均鋼材需求增量為975萬噸;其中中厚闆、電工鋼、特殊鋼的年均需求增量分别為673、49、253萬噸。

 

3. 風電用鋼推薦生產商

 

  • 全球:德國鋼廠迪林根公司、新日鐵住金、俄羅斯Alexey Mardashov公司等。

 

  • 國内:寶鋼、鞍鋼、舞鋼、酒鋼、包鋼、東北特鋼、八一鋼鐵等。

 

中國風電用鋼行業未來将會持續發展,随着技術發展的不斷突破和行業标準的細化,應根據市場發展趨勢和業内具體環境,結合鋼鐵行業的特點,充分考慮企業的經營管理,成功實現對市場的把握和行業的發展,充分發揮行業增長潛力。


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