本報記者 王漢杰
從甘肅嘉峪關上連霍高速（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)電場和風力發(fā)電場，一路向西，連綿不斷。大西北之外，在東北平原、內蒙古高原、華北平原、東南沿海、華南丘陵等地帶，光伏、風電裝備隨處可見。
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年我國新增風電裝機容量達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)展必不可少的基礎材料，鋼鐵將更加深入、廣泛地參與到光伏、風力發(fā)電場建設中，在我國綠色能源轉型路上留下低碳足跡。
我國能源結構新主角登場
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20億分之一到達地球大氣層。在到達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于太陽在40分鐘內照射到地球表面的能量。
與此同時，地球上約有2%的太陽能會轉化成風能。我國風能資源豐富，風能總儲量達到32.26億千瓦，陸上可開發(fā)風能總量約為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)境保護的迫切需求，促進了我國光伏和風電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。國家能源局數(shù)據(jù)顯示，2014年~2019年，我國風電累計裝機容量持續(xù)增長。截至2019年底，全國風電累計裝機容量為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)濟內循環(huán)需要能源結構的優(yōu)化。在技術進步和市場需求的雙重驅動下，我國光伏和風電成本不斷降低。據(jù)估算，目前我國新建陸上風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。在未來的能源結構中，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，成為我國能源結構中的新主角。
光伏和風電用鋼市場潛力可觀
發(fā)展光伏和風電，鋼鐵是不可或缺的基礎材料。
風力發(fā)電的主要設備有機艙、轉子葉片、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）。在風力發(fā)電設備的制造中，最關鍵的便是風力發(fā)電機組。數(shù)據(jù)顯示，1臺1500千瓦的風電機組平均耗鋼量約為170噸，而1臺1萬千瓦的風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到300萬噸左右。在此背景下，具有高附加值的風電用寬厚板、電工鋼的前景較為廣闊。
風電用鋼主要用在塔架和機艙底座。其中，塔架是風電用鋼最多的部位，所用鋼材主要為厚板。風電設備較大，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電用鋼須具備的品質。
除了塔筒和機艙底座，風電機組的其他組成部分，如塔筒法蘭和門框、風力發(fā)電機、主軸、軸承、齒輪等也都會用到鋼材。
與風電用鋼相比，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構鋼。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件截面，減輕結構自重，抗拉強度高可以增加結構整體安全性能，提高結構的可靠性。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。較好的塑性可以調整結構局部峰值應力，提高結構的整體承載力。較好的韌性可以使結構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構具有較強的抵抗風荷載的能力。太陽能光伏系統(tǒng)的設計使用壽命一般在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之一。
鋼企未來將深度參與風電產(chǎn)業(yè)
早在10多年前，我國大型風電場在新疆、甘肅、內蒙古開始建設時，就有多家鋼企積極參建，為風電場提供建設用鋼。
在風電產(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，寶鋼電工鋼當時占國內風電市場的60%。
風電用厚板必須具有焊接性能好、力學性能良好、低溫沖擊韌性強等特點，一般的生產(chǎn)厚板的鋼企難以達標。隨著工藝的進步，2015年后，南鋼、沙鋼、鞍鋼、首鋼等具備風電用鋼生產(chǎn)能力的鋼企逐漸增多，市場競爭日益激烈。2018年，《低合金高強度結構鋼（GB/T 1591-2018）》國家標準頒布。2019年5月份，按照新國標生產(chǎn)的首批2000余噸風電用鋼板在鞍鋼順利下線，產(chǎn)品質量穩(wěn)定、指標良好。2020年，寶鋼股份推出新一代風電用鋼系列產(chǎn)品，鋼板各項性能完全達標，提升了焊接效率和質量，縮短了制造周期，產(chǎn)品成功應用于國內外多個海上風電項目。
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。《中國冶金報》記者近日就在短視頻平臺上看到，酒鋼高級工程師王瑾利用短視頻反復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，隨著風電和光伏建設規(guī)模不斷加大，鋼企將不斷深入其中，到光伏、風力發(fā)電場“打卡”。
《中國冶金報》（2021年1月26日 05版五版）
