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本報記者 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，不時可見光伏發(fā)電場和風(fēng)力發(fā)電場，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。
1月20日，國家能源局公布了2020年新能源裝機容量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示，2020年我國新增風(fēng)電裝機容量達(dá)7167萬千瓦、太陽能發(fā)電4820萬千瓦，新增裝機容量之和約為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)電場建設(shè)中，在我國綠色能源轉(zhuǎn)型路上留下低碳足跡。
我國能源結(jié)構(gòu)新主角登場
太陽能是可再生、無污染的綠色清潔能源，儲量豐富。太陽向宇宙空間發(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80萬億千瓦。也就是說，太陽每秒鐘照射到地球上的能量相當(dāng)于燃燒500萬噸煤釋放的熱量。據(jù)此推算，目前全球人類每年能源消耗的總和只相當(dāng)于太陽在40分鐘內(nèi)照射到地球表面的能量。
與此同時，地球上約有2%的太陽能會轉(zhuǎn)化成風(fēng)能。我國風(fēng)能資源豐富，風(fēng)能總儲量達(dá)到32.26億千瓦，陸上可開發(fā)風(fēng)能總量約為2.5億千瓦，居世界首位。從我國太陽年輻射總量的分布來看，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臺灣西南部等地區(qū)的太陽輻射總量較大。
這種豐富的資源條件，伴隨著近年來對環(huán)境保護(hù)的迫切需求，促進(jìn)了我國光伏和風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2014年~2019年，我國風(fēng)電累計裝機容量持續(xù)增長。截至2019年底，全國風(fēng)電累計裝機容量為21005萬千瓦，占全球的32.29%。
經(jīng)濟發(fā)展需要能源的保障，經(jīng)濟內(nèi)循環(huán)需要能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。在技術(shù)進(jìn)步和市場需求的雙重驅(qū)動下，我國光伏和風(fēng)電成本不斷降低。據(jù)估算，目前我國新建陸上風(fēng)電和光伏項目的度電成本位于50美元/兆瓦時的水平，與新建煤電不相上下；到2025年，新建陸上風(fēng)電、光伏項目的度電成本將較新建煤電項目低30%以上。這意味著，2025年后，通過新建煤電項目來滿足新增用電需求將不再具備經(jīng)濟性。在未來的能源結(jié)構(gòu)中，火電占比將越來越小，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，并在未來占據(jù)主流能源的地位，成為我國能源結(jié)構(gòu)中的新主角。
光伏和風(fēng)電用鋼市場潛力可觀
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)備有機艙、轉(zhuǎn)子葉片、軸屯、低速軸、齒輪箱、發(fā)電機、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)電機組。數(shù)據(jù)顯示，1臺1500千瓦的風(fēng)電機組平均耗鋼量約為170噸，而1臺1萬千瓦的風(fēng)電機組平均耗鋼量約為1130噸。據(jù)測算，我國在“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，因此對所用鋼材有著特殊的要求。高強度、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)。
除了塔筒和機艙底座，風(fēng)電機組的其他組成部分，如塔筒法蘭和門框、風(fēng)力發(fā)電機、主軸、軸承、齒輪等也都會用到鋼材。
與風(fēng)電用鋼相比，光伏發(fā)電用鋼相對簡單得多，品種上也相對單一，主要是用于制作光伏支架的結(jié)構(gòu)鋼。光伏支架對抗拉強度和屈服點有著特殊的要求，屈服點高可以減小型鋼構(gòu)件截面，減輕結(jié)構(gòu)自重，抗拉強度高可以增加結(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)具有較強的抵抗風(fēng)荷載的能力。太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計使用壽命一般在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。
鋼企未來將深度參與風(fēng)電產(chǎn)業(yè)
早在10多年前，我國大型風(fēng)電場在新疆、甘肅、內(nèi)蒙古開始建設(shè)時，就有多家鋼企積極參建，為風(fēng)電場提供建設(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等牌號的耐低溫高強鋼板，塔筒法蘭材質(zhì)主要是Q345D、Q345E等牌號的環(huán)形鍛件。2010年，塔筒用鋼板年供貨量超過10萬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)時占國內(nèi)風(fēng)電市場的60%。
風(fēng)電用厚板必須具有焊接性能好、力學(xué)性能良好、低溫沖擊韌性強等特點，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，市場競爭日益激烈。2018年，《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼（GB/T 1591-2018）》國家標(biāo)準(zhǔn)頒布。2019年5月份，按照新國標(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)用于國內(nèi)外多個海上風(fēng)電項目。
與此同時，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?！吨袊苯饒蟆酚浾呓站驮诙桃曨l平臺上看到，酒鋼高級工程師王瑾利用短視頻反復(fù)宣講酒鋼鋅鋁鎂合金板對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，可滿足光伏支架長期服役下對壽命的要求。
“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“打卡”。
《中國冶金報》（2021年1月26日 05版五版）
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，不時可見光伏發(fā)電場和風(fēng)力發(fā)電場，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。
1月20日，國家能源局公布了2020年新能源裝機容量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)顯示，2020年我國新增風(fēng)電裝機容量達(dá)7167萬千瓦、太陽能發(fā)電4820萬千瓦，新增裝機容量之和約為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)電場建設(shè)中，在我國綠色能源轉(zhuǎn)型路上留下低碳足跡。
我國能源結(jié)構(gòu)新主角登場
太陽能是可再生、無污染的綠色清潔能源，儲量豐富。太陽向宇宙空間發(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80萬億千瓦。也就是說，太陽每秒鐘照射到地球上的能量相當(dāng)于燃燒500萬噸煤釋放的熱量。據(jù)此推算，目前全球人類每年能源消耗的總和只相當(dāng)于太陽在40分鐘內(nèi)照射到地球表面的能量。
與此同時，地球上約有2%的太陽能會轉(zhuǎn)化成風(fēng)能。我國風(fēng)能資源豐富，風(fēng)能總儲量達(dá)到32.26億千瓦，陸上可開發(fā)風(fēng)能總量約為2.5億千瓦，居世界首位。從我國太陽年輻射總量的分布來看，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臺灣西南部等地區(qū)的太陽輻射總量較大。
這種豐富的資源條件，伴隨著近年來對環(huán)境保護(hù)的迫切需求，促進(jìn)了我國光伏和風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2014年~2019年，我國風(fēng)電累計裝機容量持續(xù)增長。截至2019年底，全國風(fēng)電累計裝機容量為21005萬千瓦，占全球的32.29%。
經(jīng)濟發(fā)展需要能源的保障，經(jīng)濟內(nèi)循環(huán)需要能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。在技術(shù)進(jìn)步和市場需求的雙重驅(qū)動下，我國光伏和風(fēng)電成本不斷降低。據(jù)估算，目前我國新建陸上風(fēng)電和光伏項目的度電成本位于50美元/兆瓦時的水平，與新建煤電不相上下；到2025年，新建陸上風(fēng)電、光伏項目的度電成本將較新建煤電項目低30%以上。這意味著，2025年后，通過新建煤電項目來滿足新增用電需求將不再具備經(jīng)濟性。在未來的能源結(jié)構(gòu)中，火電占比將越來越小，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，并在未來占據(jù)主流能源的地位，成為我國能源結(jié)構(gòu)中的新主角。
光伏和風(fēng)電用鋼市場潛力可觀
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)備有機艙、轉(zhuǎn)子葉片、軸屯、低速軸、齒輪箱、發(fā)電機、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)電機組。數(shù)據(jù)顯示，1臺1500千瓦的風(fēng)電機組平均耗鋼量約為170噸，而1臺1萬千瓦的風(fēng)電機組平均耗鋼量約為1130噸。據(jù)測算，我國在“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，因此對所用鋼材有著特殊的要求。高強度、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)。
除了塔筒和機艙底座，風(fēng)電機組的其他組成部分，如塔筒法蘭和門框、風(fēng)力發(fā)電機、主軸、軸承、齒輪等也都會用到鋼材。
與風(fēng)電用鋼相比，光伏發(fā)電用鋼相對簡單得多，品種上也相對單一，主要是用于制作光伏支架的結(jié)構(gòu)鋼。光伏支架對抗拉強度和屈服點有著特殊的要求，屈服點高可以減小型鋼構(gòu)件截面，減輕結(jié)構(gòu)自重，抗拉強度高可以增加結(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)具有較強的抵抗風(fēng)荷載的能力。太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計使用壽命一般在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。
鋼企未來將深度參與風(fēng)電產(chǎn)業(yè)
早在10多年前，我國大型風(fēng)電場在新疆、甘肅、內(nèi)蒙古開始建設(shè)時，就有多家鋼企積極參建，為風(fēng)電場提供建設(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等牌號的耐低溫高強鋼板，塔筒法蘭材質(zhì)主要是Q345D、Q345E等牌號的環(huán)形鍛件。2010年，塔筒用鋼板年供貨量超過10萬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)時占國內(nèi)風(fēng)電市場的60%。
風(fēng)電用厚板必須具有焊接性能好、力學(xué)性能良好、低溫沖擊韌性強等特點，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，市場競爭日益激烈。2018年，《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼（GB/T 1591-2018）》國家標(biāo)準(zhǔn)頒布。2019年5月份，按照新國標(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)用于國內(nèi)外多個海上風(fēng)電項目。
與此同時，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?！吨袊苯饒蟆酚浾呓站驮诙桃曨l平臺上看到，酒鋼高級工程師王瑾利用短視頻反復(fù)宣講酒鋼鋅鋁鎂合金板對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，可滿足光伏支架長期服役下對壽命的要求。
“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“打卡”。
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