新能源涂料——挑战与机遇并存

1、新能源涂料挑战与机遇并存新能源涂料挑战与机遇并存庾莉萍石油价格居高不下刺激了一轮包括太阳能,核能和风能在内的新能源热潮,新能源相对传统能源的环保优势及经济优势,是推动行业高速发展的根本原因.新能源正在进入一轮长期牛市.受新能源成本降低的影响,风电,光伏,核电正以前所未有的速度发展,其产业规模正急剧膨胀.新能源行业的快速发展将为相关涂料行业提供了前所未有的发展机会.我国新能源涂料研发能力不强,产业化水平不高,进口依赖性较强,可以说挑战与机遇并存.1风电涂料在过去十年,风电行业在我国取得了极大的发展.2010年,我国新增装机容量1892.8万千瓦,累计装机容量达4473.3万千瓦,我国风电新装机容

2、量和并网均居全球第一位,成为风电大国.但是,涂装涂料行业基本处于起步阶段.在已经吊装的风力发电系统中,涂装涂料基本全部依赖进口.在甘肃酒泉,仅2010年316万千瓦装机容量,需塔架及叶片涂料约3000吨,价值1.5亿元.我国风电行业涂装涂料面临着极大的机遇和挑战.在国外品牌涂料企业中,丹麦的hempel的塔架涂料市场占有率最高,其他参与的企业主要有挪威的jotun,荷兰的akzonobel国际涂料以及美国的ppgsigmakalon.叶片涂料中,德国的mankiewicz,美国的ppg,德国basf的relius和德国的bergolin等企业占有优势.其中ppg推出的”薄膜型”风机叶片涂层防护

3、系统可使涂料用量减少达到60%,但性能不变,且其附着柔韧性还有所提升,又快干,耐腐蚀性能和耐候性能也极强.由于我国风电涂料起步较晚,目前参与其中的企业数量也很少,主要有以下企业:西北永新,中远关西,湘江涂料,金鱼涂料,普兰纳等.“十二五”期间,我国风电装机容量将持续较快增长,必将带动风电涂料的迅速发展.风电涂料虽是配套产业,但是对风电产业的影响却很大.2010年,按风电机组的产量计算,风电涂料的产值超过10亿元.根据风能发展目标,风电装机容量2015年将达到1亿千瓦,2020年达到2亿千瓦.”十二五”末,风电涂料产值将达到3040亿元,这仅仅是新增装机施工用涂料,如果包括叶片的修补,维护,以及

4、整个生命周期的产值将更高.风力发电站所处风场自然条件比较恶劣,常年风力在四级以上,并伴有风沙,塔架和叶片受到阳光的强烈曝晒,风雨,冰雹的侵袭,并受到寒流与高温变化的影响.对于地处海边的风电设备,还会受到水汽,盐雾的侵蚀及海水浪花的泼溅,因此风电设备极易受到腐蚀.风力发电站所处的风场环境特点要求所有的风电涂料应具有良好的耐候性,耐水性,附着力及防腐性能,且要求具备漆膜坚硬,耐外力冲击等优点.风电涂料和其他涂料产品一样,最终的效果除了取决于涂料产品本身质量外,对涂装工艺的要求也很高.为达到最好的涂装效果,必须规范涂装过程,优化涂装过程.同时,业主,设计,咨询,涂料商,涂装商,监造部门应通力合作,共

5、同提高,用最好的产品,最好的涂装效果,最好的服务来赢得市场.近年来,风电叶片涂料技术不断发展,新技术,新产品不断涌现,涂料的各项性能较之传统产品都有了明显提高.虽然目前市场上溶剂型涂料仍占据主导地位,但更为符合风力发电绿色能源概念的高性能双组分水性聚氨酯涂料也在国内外的一些叶片上得到了应用,其必将成为将来的发展趋势.双组分水性聚氨酯叶片涂料在性能上已经达到甚至超过传统溶剂型涂料.它的优点非常明显,比如:更环保,较长的混合使用期,表干快,耐磨性好,耐候性好等.而它的缺点主要表现在施工性能方面,如:对施工环境的温湿度比较敏感,一次施工最高成膜厚度仍然十分有限.环保理念日渐深人人心.随着各国对挥发性

6、有机化合物及有害物质限制越来越严格,一些国内外知名的风电整机生产商已经在主动寻求更加环保的叶片涂料产品,其中氟碳涂料也将进入到成熟的时期,氟碳涂料的超高性能已充分获得了市场的认同.从趋势看,工业防腐领域已经成为我国氟碳涂料产业的主战场,如未来引入风电防腐市场,可极大提高风电设备的耐候,防腐蚀等性能,延长设备保护期限,减少维护成本.相对目前风电设施所使用的聚氨酯体系涂料,氟碳体系涂料无疑将成为升级产品,对推动我国海洋风电涂料的更新换代将起到非常积极的作用.我国风电涂料起步较晚,目前存在着一些问题,主要是风电涂料市场被国外涂料企业所垄断,尤其是叶片涂料,几乎全部依赖进口;同时,缺乏风电涂料行业标准

7、,企业在研发叶片涂料时缺乏明确的技术参照.风电产业在全国的迅速崛起,为涂料应用提供了广阔的市场.2011年9月2829日,在北京召开的2011中国风电涂料自主化战略发展研讨会上,来自国家有关部门领导,业内专家,以及风电涂料生产,原材料供应,叶片制造的企业代表深入探讨了我国风电涂料的发展战略,并达成共识,即风电涂料国产化势在必行.对此,要加大科研开发资金投入力度,掌握核心技术,全面提升技术水平,逐步改变受制于人的局面.同时,制定风电涂料行业技术规范及标准,建立并推行中国的风电涂料认证制度,提高准入门槛,确保我国风电涂料产业的健康,可持续发展.2核电涂料我国核电仍然会保持快速增长.核电站很多地方存

8、在核辐射,辐射会加速材料老化,多孔的混凝土表面也容易吸附放射性灰尘形成永久性放射源,从而对运行和维修人员造成永久性损伤.因此,在建筑和设备表面涂刷涂料是核电站最常用的防护手段.由于核辐射会使涂料粉化,开裂,破坏涂料的防护作用,只有具备了耐辐射性能的涂料才能在核辐射场所使用.耐辐射性能的涂料,一方面需提供涂层的基本保护作用;另一方面需提供致密,易于清洗以除去放射性污染物的表面.我国现有核电机组均为压水堆,核电站设备可分为核岛,常规岛和辅助系统三部分.核电站涂层防护可分为抗大气腐蚀涂层和抗液体,埋地环境涂层.商业运行的核电站机组一般均为大功率,连续运行,核电站涂层的施工时饥一般选择机组换料大修期间

9、.基于核电站运行的经济性和设备的可靠性,核电站涂层必须选择已成熟运用的可靠产品,并且至少能够满足所在设备一个或几个大修周期的防护要求.核电站涂层设计寿命一般在loa以上.核岛适用涂层的选择需满足以下要求:(1)耐120oc,400试验,200h以上.(2)达到ej/111o861998中规定的涂层在模拟设计基准条件下的附着力要求.(3)达到ejtrll11-2000,ej/t1111-2000中射线辐照,去污性的要求.(4)涂料中的各种成分应尽可能降低卤族元素,硫元素的含量.(5)为避免对金属材料析氢过程的影响,涂膜应不含铝粉,尽量不使用含金属锌的涂料.常规岛适用涂层的选择是保温层下管道涂层除

10、具有一定的耐温性外,还应有一定的耐酸性.对于去离子水环境下的涂层,涂料中各种成分应尽可能降低卤族元素,硫元素的含量.辅助系统适用涂层的选择除满足涂层所处环境的耐蚀条件以外,还应重点考虑满足要求施工条件下的全面防护.这部分涂层量大面广,根据涂料的特性和电站管理方便,要求户外设备禁止使用环氧面漆.根据核电站厂房功能和分布区域,压水堆核电站划分为核岛,常规岛,辅助系统三部分,其中常规岛和辅助系统统称为常规岛.与此对应,核电站涂料也可分为核电专用涂料和核电常规涂料.核电常规涂料适用于核电站非辐射控制区,即除核安全设备内,外表面涂层以外的全部设备及构筑物,其技术要求与其他工业领域同等环境条件下涂层的技术

11、指标相同.核电专用涂层:是满足核电站所特有的环境条件,技术要求的涂层体系.涂料是核电站用量最大的非金属材料,涂料广泛应用于核电站核岛,常规岛的钢结构,混凝土,设备管道等部位,是核电站腐蚀防护的重要手段之一.自我国首座核电站一一秦山核电站起,国内各涂料研究单位,供应商做了大量研究开发工作,如:兰州应通特种材料研究所开发的耐高温涂料,上海开林造漆厂开发的核岛内环氧涂料,常州涂料化工研究院开发的nc系列涂料,这些工作对于推动我国核电涂料产业自主化起了重要铺垫作用.目前秦山,大亚湾核电站已经运行loa以上,秦山二期,三期,岭澳,田湾核电站也相继建成,这些核电站在涂料的运用方面获得了许多宝贵经验.我国核

12、电涂料主要生产企业为上海开林造漆厂,中海油常州涂料化工研究院,兰州应通特种材料研究所等几个单位,另外,广东秀珀等一批民营企业也开始研究生产核电涂料.国外核电专用涂层主要供应商有carbolineco.,ameroninc.和ppg(keeler&longinc.)等,其中中远关西,ppg等公司已在国内生产厂生产供应核电涂料.目前,国内涂料商的核电专业涂料已经达到核电站应用要求,但主要颜,填料及助剂仍依赖进口.短期内,如果没有一定的资金投入,并以充分的试验数据为保障,国内涂料商的这种发展局面将很难改变.另外,核电专业涂料的试验技术条件是制约我国核电专业涂料发展的”瓶颈”.核电专业涂料试验

13、主要包括辐照试验,去污试验和loca试验.这些试验技术有别于涂料工业中的其他专业技术,国内相应的试验装置较少,涂料生产商的产品鉴定费用较大,因而形成了核电专业涂料发展的”门槛”.面对我国核电快速发展机遇,核电涂料生产应用单位要在现有产品基础上,充分认识到核电专用涂料研发的技术难度与复杂性,进一步提高完善我国核电涂料的种类,标准及生产体系,以促进我国核电涂料健康,有序,快速发展.3太阳能涂料直接用于光伏发电的太阳能涂料目前处于研发创新阶段,还没有形成产业化应用.澳大利亚有一位名叫米尔切的科学家,研制成功一种能够有效吸收太阳能的涂料.涂料的第一层是由氧化硅制成的防阳光反射层,对照射在涂料上的阳光只

14、吸收不反射,防止热量的损失.第二层是吸收阳光热量的金属陶瓷层.第三层是导热性良好的金属层.这三层总厚度只有i00纳米.经过实验,这种新型涂料可以将接收阳光的98%转变成热能,并使热能转变为电能的总效率达到20%以上.由澳大利亚昆士兰大学的两名研究人员创建的xerocoat公司,拥有一直国际化的研发团队,致力于光学材料和太阳能材料的研发,并持续不断将创新的涂料产品引进应用市场,带动太阳能行业的科技进步.目前xerocoat已经同一家大型的太阳能领域制造商签订了防反射吸收涂料的供应合同,将此涂料应用在该企业的生产线上.另外,这家太阳能领域制造商还将使用xerocoat公司的其他光学涂层和热能系统涂

15、层材料.使用xerocoat防反射涂料的太阳能吸收板材,具有更高的光能转化率,尤其是在月光(增加3%)和清晨(增加6%)的条件下.这就意味着太阳能板制造商可以提升本公司产品的能量转化率,提高产品在市场的竞争力.根据xerocoat的评估显示,在不调整太阳能电池性能的情况下,新的涂层还可以提高太阳能电池0.5%一0.75%的使用效率.英国韦尔斯史旺西大学的科学家研发的”太阳能涂料”solarpowerpaint),将大型建筑物外层钢板变成太阳能电池,可望提供额外的电力,并希望以太阳能涂料,能使每分钟生产40平方公尺的钢板.这种太阳能涂料与传统的硅晶太阳能电池不同,是以“染料敏化太阳能电池”(dy

16、esensitizedsolarcells,dssc)的原理,将染料分子与油漆中的二氧化钛结合的特制油漆.当阳光照射涂上涂料的钢板,涂料分子的电子会被激发到电解质层,因此产生的电能由特制电路收集,为建筑物提供电力.虽然发电效率不如硅晶,但因成本较低,生产速度快,且液态的用途相当广泛.史旺西大学的davidworsley表示,这个将太阳能涂料应用在建筑钢材的构思出于该团队先前对钢材在建筑物上退化的研究.在日光下,油漆会褪色,但二氧化钛颜料在日照下却是活络的,利用这一点,史旺西大学团队创造了一个以染料敏化太阳能电池为基础的太阳能涂料.这项研究在发电与应用于钢材上是不容易的.太阳能电池是由多层所建构,该团队