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風電行業及風電塔架用鋼的現狀與發展趨勢

文檔作者：王月香趙英杰文檔來源： 1寬厚板事業部 2技術中心		點擊數：	更新時間： 2025年02月22日
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萊鋼科技 2015年4月
風電行業及風電塔架用鋼的現狀與發展趨勢
王月香。，趙英杰
(1寬厚板事業部；2技術中心)
摘要：從國家行業政策、行業技術發展狀況、行業及材料標準演變等方面系統分析了國內外
風電行業及其風電塔架用鋼的現狀及發展趨勢，提出高強度、高疲勞、高斷裂韌性、易焊接及耐
腐蝕的高性能風電用鋼能更好地支撐現在及未來風電行業發展的材料需求，應及時予以研發
并推廣應用。
關鍵詞：風電行業；風電用鋼；海_Eg,g用鋼；國家標準
O 前言
大力發展清潔能源可以逐步改變傳統能源消費
結構。減小對能源進口的依賴度，降低環境代價，
對保障國家能源安全具有重大意義。在各類清沽能
源中，風電已成為國際上公認的技術最成熟、開發
成本最低、最具發展前景的清潔能源，大力發展風
電是推進我國能源結構調整的重要舉措。近年來，
風電行業的快速發展為風電用鋼帶來了廣闊的市
場；同時，風電行業的發展也對風電用鋼的綜合性
能提出了更高級別的要求。唯有密切關注風電行業
發展及其發展過程中對風電用鋼提出的新要求，才
能明確適應現在及未來風電行業發展的新型風電用
鋼的研發方向，進而可有的放矢地指導相關產品的
研發。
1 國內外風電行業的發展概況
1．1 國際風電行業發展現狀及趨勢
隨著化石能源的日益稀缺和全球環境的惡化，
開發新能源已成為國家能源建設實施可持續發展戰
略的需要和促進能源結構調整、減少環境污染、推進
技術進步的重要手段，并且開發可再生清潔能源成
為各國的能源目標。風力發電是技術最成熟、最具
規模開發條件、商業前景十分看好的清潔能源發電
作者簡介：王月香(1979一)，女，2OlO年4月畢業于東北大學材料加
工工程專業，工學博士。高級工程師，主要從事寬厚板／板帶產品的
產品及工藝研發工作。
形式。世界上很多國家尤其是發達國家已充分認識
到風電在調整能源結構、緩解環境污染等方面的重
要性，對風電的開發給予了高度重視。近年來，在各
國大力開發清潔能源的政策鼓勵下，風電行業發展
迅速，全球風電行業一直處于持續增長態勢。截至
目前，全球風電發展呈現以下幾個特點：1)世界風
電連續多年保持高速增長勢頭；2)以中國為首的亞
洲市場領跑全球風電；3)海上風電進入規?；l展
階段；4)風電機組向大型化、智能化發展；5)風電逐
步成為主力電源¨ J。
1．2 我國風電行業發展現狀及趨勢
在全球風電發展進入一個高速發展的大環境
下，風電作為重要的戰略性新興產業，已成為我國電
力的重要組成部分，且近年來在我國取得了長足的
發展：1)風電裝機規模世界第一。自2006年《可再
生能源法》頒布實施以來，我國風電發展進入快車
道，并于2010年底超越美國成為世界第一風電大
國。根據中電聯統計，截至2014年6月底，全國風
電并網裝機容量為8277萬kW，占全國總裝機容量
的6．2％ ，是繼火電、水電之后的第三大主力電源；
2)實現全國性風電開發布局。中國風電發展從過
去局部大基地集中開發，正在向全國范圍集中、分散
并舉開發格局轉變。截至目前，風電開發已遍布全
國大陸所有的省份；3)海上風電發展異軍突起。我
國具有發展海上風電所必需的資源條件和市場消納
能力。自2009年以來，在國家能源局、國家海洋局
等有關部門推動下，我國海上風電發展開始起步，經
過短短幾年的努力，目前已建成海上風電41萬kW，
王月香，等：風電行業及風電塔架用鋼的現狀與發展趨勢 第2期(總第176期)
主要分布在江蘇省和上海市，已經成為緊隨歐洲之
后的世界第二大海上風電市場[41。
2 風電行業及風電塔簡用鋼標準情況
2．1 國內外風電行業標準
目前，風電行業標準主要有德國勞伊德GL標
準、丹麥RISOE的DNV標準和國際電 1二委員會
(IEC)的標準。這三個系列標準主要是以丹麥、德
國的條件和經驗制定的。
風電技術涉及氣象、地質、機械、力學、材
料、電力、信息、通訊等多個學科，制定針對我國
國情的風電標準，需要充分的基礎研究和大量的實
踐經驗，現尚不具備條件。在我國，大型并網型風
力發電機組的研制和大型風電場的規劃建設尚屬起
步階段，兆瓦級風力發電機組幾乎全部由國外引進
技術，風力發電機組研制、風電場建設，接網以及
電網管理運行等方面經驗均不足。截至目前，我國
風電行業基本上直接把翻譯后的IEC標準作為國家
標準。故此，我國需要加快完善風電標準體系，支
持第三方認證機構建立統一的行業技術規范和質量
標準，并在此基礎上，完善市場評估體系，提高市
場準人門檻，促進國產風電設備質量水平的持續提
升。
在我國現行風電行業標準中，原標準GB／
T19072—2003風力發電機組塔架，目前已由
GB19072—2010代替。兩者關于塔架主體材料方面
的要求主要區別如下：原2003版本里規定：“選擇金
屬結構件的材料依據環境溫度而定，可根據GB／
盯00選擇Q235B、Q23sc及Q235D結構鋼，或根據
GB／T 1591選擇使用Q345B、Q345C及Q345D低合
金高強度結構鋼”l5 J。目前執行的2010版本中闡
述為“塔架主體用鋼應考慮塔架的強度、使用環境
溫度、材料的焊接及制造工藝以及經濟性，可根據
GB／T700和GB／T1591選擇使用”_6 J。新標準沒有
將鋼板界定結構鋼強度級別的變化更好地適應了風
電行業的發展。并且新標準中還指出：塔架制造所
用鋼材的各項性能指標應符合設計文件要求。若需
采用替代材料，應由制造單位提出申請，并通過取樣
檢驗，表明所采用的替代材料滿足設計要求，經設計
單位確認后方可執行。
2．2 國內外風力發電機組塔架用鋼板和采用標準
及其局限性
風電行業的快速發展一方面，風電行業的發展
2
給風電JfJ鋼帶來了廣闊的市場和越來越大的訂丁場需
求量。根據《同民經濟干¨卒1：會發展第十： 個 年規
劃綱要》，至2020年，我國將在h汁肅、}土j蒙 、新疆等
7省 建沒8個干萬千瓦級的風電 地，其『『l甘肅
酒泉將建成2 000萬kW 風電基地，屆時我同風能
發電裝機容量將達到1．5億kW。按照發L乜裝機容
量1．5億kW測算，我國陸上風電鋼材消費總量約l
500～2 000萬t，年均鋼材消耗166～225萬t，其『l1，
風電塔筒用中厚板材所 比重較大．年均需求鰱約
為120～160萬t。另·方面，風電行業的發展對風
電用鋼綜合性能提f}f了更高的要求。隨著世界風力
發電技術的快速發展，風電機組朝著大型化、高效率
的方向發展。目前已運行的風電機組單機最大容量
已到達8．0 MW，正在研制10 MW 以上風電機組。
風電機組單機容量持續增大的趨勢帶來了風電塔架
的持續增高。風電塔架高度的增加帶來其重量和所
受風載的增大，進而帶來塔架所承受疲勞載荷的增
加，塔架的疲勞性能和斷裂性能直接影響風力發電
機的工作性能和可靠性。截止目前，在國內外風電
行業中，不乏由于風電塔架材料性能不夠優良而帶
來的疲勞失效及斷裂導致塔筒倒塌等事故的發生；
同時，緣于塔架材料的疲勞性能和斷裂韌性的限制，
機組設計上當風速大于一定風速時必須關掉電機。
由此可見，風電機組單機容量的增加和塔架的增高
對風電用鋼的疲勞性能和斷裂韌性提出了更高級別
的要求，國外采用$355系列風電用鋼和國內采用的
Q345系列風電用鋼已不能很好地滿足目前風電行
業的發展，更不能適應其未來發展對高性能鋼材的
需求。 ‘
2．2．1 國內外風力發電機組塔架用鋼板和采用標
準
在風電機組的建造中，其塔架(筒)用鋼量最
大。根據風電行業標準要求，風力發電塔用結構鋼
板采用的標準主要有三種：歐標EN10025：2004《非
合金鋼技術交貨條件》、美標ASTM A709：2009《橋
梁用碳素鋼和高強度低合金結構型鋼、鋼板、鋼棒及
淬火回火合金結構鋼板》及ASTM A572(高強度低
合金鈮一釩結構鋼》和GB／T28410—2012《風力發
電塔用結構鋼板》。表1為國內外風力發電塔架用
鋼板所采用標準中涉及鋼種對照情況。目前，國際
上風力發電塔架用鋼板多采用345級別鋼板，國內
牌號為Q345FT，歐洲牌號為$355系列(需正火)，
美國多采用A572／A709 Gr．50。
萊鋼科技 2015年4月
表1 國內外風力發電塔用鋼板對照
2．2．2 我國相關標準的進步及局限性
2013年3月1日開始實施的風電用鋼標準
GB／T28410—2012(風力發電塔用結構鋼板》適用于
厚度為6—100mm 的風力發電塔用結構鋼板
Q2351；T—Q690F"I"。較之前Q345級別風電用鋼執
行標準GB／T1591—2008，在增加了鋼板的強度級
別的同時，對鋼板的碳當量、延伸率、沖擊功及表面
質量等方面有了更為嚴格的要求，并同時增加了F
級的沖擊要求。雖該標準能更好地滿足風電塔筒用
鋼的要求，但亦存在如下局限性：1)標準適用的6—
100 mm厚度范圍太小，未完全覆蓋風電塔筒建造所
需鋼板的所有厚度規格。截止目前，根據風電塔筒
制造用戶實際需求情況，用于塔筒制造的風電用鋼
最大厚度規格為130 mm，超出標準中所規定最大厚
度規格；2)標準中未體現疲勞性能的要求。由于塔
筒的工作環境和工作模式所決定，風電塔筒設計對
鋼板母材和焊縫的疲勞性能和斷裂韌性尤為關注，
尤其是整個塔筒結構的疲勞性能及斷裂韌性 ．8]。
3 高強、高性能風電用鋼在風電行業的推廣
應用及存在的問題
鑒于上述調研分析，風電行業的發展對風電用
鋼的綜合性能提出了更高的要求，需要具有更高的
強度、疲勞性能、斷裂韌性及焊接性能的風電用鋼來
作為技術支撐。同時，迫于目前經濟壓力，風電行業
也有意于采用高強鋼以實現企業降本增效之目的。
前期，通過走訪國內風電設計單位和塔筒制造商了
解到：迫于目前經濟形勢的壓力，風電行業同樣面臨
降低成本的迫切需求，且在其降本途徑中更傾向于
采用高強度等級鋼板優化塔筒設計。一方面，目前
采用Q345系列鋼板所生產的塔筒較為笨重，通過
采用高強度基本鋼板可以通過鋼板厚度減薄來降低
塔筒重量以方便其后工序的操作；另一方面，風電塔
筒所需費用占整個風電機組投資成本的1／3以上，
通過采用高強度級別鋼板可在實現塔筒減重的同時
降低投資成本。
截至目前，該類高性能風電用鋼在國外已有成
功應用的實例。國外某公司已成功研制開發了疲勞
性能和斷裂性能優異的新型風電用鋼。鑒于該產品
具有高的疲勞性能、斷裂韌性和易焊接性，相關的風
電行業結構設計師已接受高疲勞斷裂性能易焊接的
新型風電用鋼，且已有300余萬噸鋼板產品成功應
用于部分風電塔筒的上半截結構中，更好地承受了
該處承受的較大風載帶來的疲勞負荷。同時，設計
者表示，下一步將有興趣采用該新型風電用鋼解決
塔筒下半截的開裂問題。
然而，高強鋼、高性能鋼板在我國風電行業中推
廣應用尚存在諸多問題。一方面，國內設計單位在
塔筒整體設計和材料選擇上的局限性?；谠O備安
全的考慮，國內塔筒設計單位在塔筒整體設計、材料
選擇上一般參考國外設計規范及實例，鮮有設計單
位對塔筒設計及塔筒材質進行改進優化。截至目
前，國外塔筒用鋼板多采用$355強度級別鋼板，等
同于國內采用的Q345級別。在國外沒有應用實例
的情況下，國內設計單位一般不會采用有別于國外
相應鋼級的鋼板牌號；一方面，為了適應目前經濟形
勢，國內設計單位有意采用高強、高性能鋼板以實現
降本增效的目標，但苦于目前對高強、高性能鋼板的
韌性、疲勞l生能及焊接性能沒有相關數據和把握；另
一方面，強度級別高于Q345的鋼種缺少塔筒實物
的疲勞破壞試驗及焊接性能檢測結果證明和工程上
的應用實例。鑒于風電機組投資數額較大，設計單
位在材料的選擇上非常謹慎，因而致使高強、高性能
鋼板遲遲未能在我國風電行業得到廣泛應用。
4 關于海上風電行業及其用鋼現狀
4．1 海上風電行業情況
較之前面所述的陸上風電，海上風電具有風資
源持續穩定、風速高、發電量大、不占用土地資源等
優勢，海上風電已成為全球風電業的新焦點。目前，
歐洲國家乃至世界各國都開始大力開發本國的海上
風電場。截至2Ol1年底，全球已累計安裝409．6萬
kW 的海上風電機組，占全球風電裝機容量的
1．67％ 。海上風電在今后五年將加速發展，預測到
2015年，海上風電將占全球風電的9．6％ 。
3
王月香。等：風電行業及風電塔架用鋼的現狀與發展趨勢 第2期(總第176期)
我國淺海海域廣闊，風能能源十分豐富，技術的
可行性以及國家政策的支持，發展海上風電已成必
然趨勢。國家能源局公布的“十二五”能源規劃和
可再生能源規劃：到2015年底建成500萬kW海上
風電場。到2020年建成3 000萬kw海上風電場。
但實際上，近年來我國海上風電發展緩慢，推進力度
還不大。業內人士認為，成本高和運營難是海上風
電發展緩慢的兩大主要因素，而技術和政策無疑是
開啟海上風電資源的“兩把鑰匙”。一方面，由于海
上風電開發涉及多個領域，各部門對發展海上風電
的認識不一，各地相關職能部門實際執行管理標準
不一，從而使得海上風電項目前期工作周期被拉長；
另一方面，目前我國海上風電始終處于高成本階段，
這成為制約海上風電發展的重要因素。
4．2 海上風電用鋼情況
根據我國“十二五”能源規劃和可再生能源規
劃，預計未來5年我國可形成產值600億元的海上
風電市場，年海洋風電用鋼量超過100萬噸。
鑒于海上苛刻的環境條件，海上風電塔架受海
風、海浪交變載荷作用，低溫海水服役環境、鹽霧、海
水和海洋大氣要求塔架具有良好的抗海水腐蝕性
能、低溫韌性。采用耐蝕性的風電用鋼能更好地適
應海上風電塔架服役環境的要求。然而，截至目前
國際上海洋風電塔筒所用鋼板的材質與陸上風電用
鋼相一致，均為s355或Q345系列，尚無耐蝕性風
電用鋼的應用實績；同時，為了應對海上風電塔筒苛
刻的服役環境，目前國際上均通過采用涂層防腐蝕
的辦法來實現塔筒的保護，而未采用耐蝕性風電用
鋼。主要原因有兩個：一方面，該類耐蝕性鋼板成本
相對較高，將來可能應用在腐蝕條件最為苛刻的塔
筒水位變動區和潮濺區，其用量較少；另一方面，對
耐蝕性新鋼種的綜合性能檢測結果以及其與不同材
4
質鋼板的焊接情況沒有足夠的保證性數據。所以，
國際上至今未采用耐蝕性的海洋風電用鋼。
在我國，海上風電行業起步較晚，目前仍處在起
步階段，多數海洋風塔所用鋼材仍按陸上標準執行，
國家尚無海洋風電用鋼專用標準。但隨著海上風電
行業的發展，其在風電行業中所占比重也逐漸增大，
塔筒建造所需鋼材量日趨增大，不排除不久的將來
會采用耐蝕性鋼板。故此，國家相關部門已啟動相
關課題的研究，相應的專用國家標準也呼之欲出。
5 結論
風電行業的發展對風力發電塔架用鋼板提出了
朝著高強度、高疲勞、高斷裂韌性、易焊接及耐腐蝕
方向發展的需求。為適應風電行業的發展，國內外
相應的行業標準及塔架用鋼板執行標準正朝著這個
方向演變以適應并支撐風電行業的發展。故此，關
于高強、高性能風電用鋼的研發及應用勢在必行。
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Current Situation and Development Trend of W ind Power Industry and Steels for W ind Power
Wang Yuexiang ，Zhao Yingjie
(1 The Heavy Plate Business Division；2 The Technology Center)
Abstract：From the aspects of national industrial policy，development status of industrial technology，evolution
of industry standards and material standards，the paper systematically analyzed the current situation
and development trend of wind power industry and steels for wind tower at home and abroad，and put forward
that，a high performance steel for wind power with high stI．ength，high fatigue property，good weld·
ability and corrosion resistance could better suppo~ the material needs for the development of present and
future wind power industry ，should be developed and applied in a timely manner．
Key words：wind power industry ；steel for wind power；steel for ofshore wind power；national stan dards

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