本报记者 王汉杰
从甘肃嘉峪关上连霍高速（江苏连云港—新疆伊犁州霍尔果斯），往新疆乌鲁木齐方向，不时可见光伏发电场和风力发电场，一路向西，连绵不断。大西北之外，在东北平原、内蒙古高原、华北平原、东南沿海、华南丘陵等地带，光伏、风电装备随处可见。
1月20日，国家能源局公布了2020年新能源装机容量数据。数据显示，2020年我国新增风电装机容量达7167万千瓦、太阳能发电4820万千瓦，新增装机容量之和约为1.2亿千瓦。
光伏和风电等可再生能源发展前景可观，作为其发展必不可少的基础材料，钢铁将更加深入、广泛地参与到光伏、风力发电场建设中，在我国绿色能源转型路上留下低碳足迹。
我国能源结构新主角登场
太阳能是可再生、无污染的绿色清洁能源，储量丰富。太阳向宇宙空间发射的辐射功率为3.8×1023千瓦的辐射值，其中20亿分之一到达地球大气层。在到达地球大气层的太阳能中，有30%被大气层反射，有23%被大气层吸收，有47%到达地球表面，其功率为80万亿千瓦。也就是说，太阳每秒钟照射到地球上的能量相当于燃烧500万吨煤释放的热量。据此推算，目前全球人类每年能源消耗的总和只相当于太阳在40分钟内照射到地球表面的能量。
与此同时，地球上约有2%的太阳能会转化成风能。我国风能资源丰富，风能总储量达到32.26亿千瓦，陆上可开发风能总量约为2.5亿千瓦，居世界首位。从我国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、宁夏南部、甘肃、内蒙古南部、山西北部、陕西北部、辽宁、河北东南部、山东东南部、河南东南部、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南东部和西部及中国台湾西南部等地区的太阳辐射总量较大。
这种丰富的资源条件，伴随着近年来对环境保护的迫切需求，促进了我国光伏和风电产业的快速发展。国家能源局数据显示，2014年~2019年，我国风电累计装机容量持续增长。截至2019年底，全国风电累计装机容量为21005万千瓦，占全球的32.29%。
经济发展需要能源的保障，经济内循环需要能源结构的优化。在技术进步和市场需求的双重驱动下，我国光伏和风电成本不断降低。据估算，目前我国新建陆上风电和光伏项目的度电成本位于50美元/兆瓦时的水平，与新建煤电不相上下；到2025年，新建陆上风电、光伏项目的度电成本将较新建煤电项目低30%以上。这意味着，2025年后，通过新建煤电项目来满足新增用电需求将不再具备经济性。在未来的能源结构中，火电占比将越来越小，核电、水电占比将保持稳定，以光伏和风电为主的可再生能源发电的占比将不断提升，并在未来占据主流能源的地位，成为我国能源结构中的新主角。
光伏和风电用钢市场潜力可观
发展光伏和风电，钢铁是不可或缺的基础材料。
风力发电的主要设备有机舱、转子叶片、轴屯、低速轴、齿轮箱、发电机、偏航装置、电子控制装置及塔架（塔筒）。在风力发电设备的制造中，最关键的便是风力发电机组。数据显示，1台1500千瓦的风电机组平均耗钢量约为170吨，而1台1万千瓦的风电机组平均耗钢量约为1130吨。据测算，我国在“十四五”期间有望新建风力发电装备130吉瓦以上，用钢量不可小觑，年均钢材消耗量有望达到300万吨左右。在此背景下，具有高附加值的风电用宽厚板、电工钢的前景较为广阔。
风电用钢主要用在塔架和机舱底座。其中，塔架是风电用钢最多的部位，所用钢材主要为厚板。风电设备较大，多安装在戈壁荒漠或海洋近岸，往往直接暴露在大自然的风吹日晒、雨淋和盐蚀中，服役环境十分恶劣，因此对所用钢材有着特殊的要求。高强度、耐疲劳、高断裂韧性、易焊接及耐腐蚀等均是风电用钢须具备的品质。
除了塔筒和机舱底座，风电机组的其他组成部分，如塔筒法兰和门框、风力发电机、主轴、轴承、齿轮等也都会用到钢材。
与风电用钢相比，光伏发电用钢相对简单得多，品种上也相对单一，主要是用于制作光伏支架的结构钢。光伏支架对抗拉强度和屈服点有着特殊的要求，屈服点高可以减小型钢构件截面，减轻结构自重，抗拉强度高可以增加结构整体安全性能，提高结构的可靠性。因此，光伏支架要求所用钢材须具有较好的塑性、韧性及耐疲劳性。较好的塑性可以调整结构局部峰值应力，提高结构的整体承载力。较好的韧性可以使结构在外力冲击荷载作用下吸收较多能量。较好的耐疲劳性可以使结构具有较强的抵抗风荷载的能力。太阳能光伏系统的设计使用寿命一般在20年以上，因此，良好的耐腐蚀性能也是衡量光伏支架用钢好坏的指标之一。
钢企未来将深度参与风电产业
早在10多年前，我国大型风电场在新疆、甘肃、内蒙古开始建设时，就有多家钢企积极参建，为风电场提供建设用钢。
在风电产业中，塔架（塔筒）的耗钢量最大，主要是Q345E、Q345D、Q345C等牌号的耐低温高强钢板，塔筒法兰材质主要是Q345D、Q345E等牌号的环形锻件。2010年，塔筒用钢板年供货量超过10万吨的钢企主要有宝钢、包钢、河钢舞钢、酒钢等。其中，宝钢电工钢当时占国内风电市场的60%。
风电用厚板必须具有焊接性能好、力学性能良好、低温冲击韧性强等特点，一般的生产厚板的钢企难以达标。随着工艺的进步，2015年后，南钢、沙钢、鞍钢、首钢等具备风电用钢生产能力的钢企逐渐增多，市场竞争日益激烈。2018年，《低合金高强度结构钢（GB/T 1591-2018）》国家标准颁布。2019年5月份，按照新国标生产的首批2000余吨风电用钢板在鞍钢顺利下线，产品质量稳定、指标良好。2020年，宝钢股份推出新一代风电用钢系列产品，钢板各项性能完全达标，提升了焊接效率和质量，缩短了制造周期，产品成功应用于国内外多个海上风电项目。
与此同时，光伏用钢也吸引了钢企的目光。除了为光伏支架加工企业提供圆钢、小角钢和薄壁型钢外，钢企还把注意力放在光伏支架的防腐蚀性能上。《中国冶金报》记者近日就在短视频平台上看到，酒钢高级工程师王瑾利用短视频反复宣讲酒钢锌铝镁合金板对光伏支架的防腐蚀作用。这种具有切口自修复能力的锌铝镁合金板，可满足光伏支架长期服役下对寿命的要求。
“十四五”期间，随着风电和光伏建设规模不断加大，钢企将不断深入其中，到光伏、风力发电场“打卡”。
《中国冶金报》（2021年1月26日 05版五版）
