風(fēng)力發(fā)電葉片制作工藝介紹

　　傳統(tǒng)能源資源的大量使用帶來了許多的環(huán)境問題和社會(huì)問題，并且其存儲(chǔ)量大大降低，因而風(fēng)能作為一種清潔的可循環(huán)再生的能源，越來越受到世界各國的廣泛關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片是接受風(fēng)能的最主要部件，其良好的設(shè)計(jì)、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證發(fā)電機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的決定因素，其成本約為整個(gè)機(jī)組成本的15%-20%。根據(jù)“風(fēng)機(jī)功價(jià)比法則”，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率與葉片長度的平方成正比，增加長度可以提高單機(jī)容量，但同時(shí)會(huì)造成發(fā)電機(jī)的體積和質(zhì)量的增加，使其造價(jià)大幅度增加。并且，隨著葉片的增大，剛度也成為主要問題。為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)力的大功率發(fā)電，既要減輕葉片的重量，又要滿足強(qiáng)度與剛度要求，這就對(duì)葉片材料提出了很高的要求。

　　1 碳纖維在風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片中的應(yīng)用

　　葉片材料的發(fā)展經(jīng)歷了木制、鋁合金的應(yīng)用，進(jìn)入了纖維復(fù)合材料時(shí)代。纖維材料比重輕，疲勞強(qiáng)度和機(jī)械性能好，能夠承載惡劣環(huán)境條件和隨機(jī)負(fù)荷，目前最普遍采用的是玻璃纖維增強(qiáng)聚酯（環(huán)氧）樹脂。但隨著大功率發(fā)電機(jī)組的發(fā)展，葉片長度不斷增加，為了防止葉尖在極端風(fēng)載下碰到塔架，就要求葉片具有更高的剛度。國外專家認(rèn)為，玻璃纖維復(fù)合材料的性能已經(jīng)趨于極限，不能滿足大型葉片的要求，因此有效的辦法是采用性能更佳的碳纖維復(fù)合材料。

　　1）提高葉片剛度，減輕葉片質(zhì)量

　　碳纖維的密度比玻璃纖維小約30%， 強(qiáng)度大40%，尤其是模量高3～8倍。大型葉片采用碳纖維增強(qiáng)可充分發(fā)揮其高彈輕質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。荷蘭戴爾弗理工大學(xué)研究表明， 一個(gè)旋轉(zhuǎn)直徑為120m的風(fēng)機(jī)的葉片， 由于梁的質(zhì)量超過葉片總質(zhì)量的一半，梁結(jié)構(gòu)采用碳纖維，和采用全玻璃纖維的相比，質(zhì)量可減輕40%左右；碳纖維復(fù)合材料葉片剛度是玻璃纖維復(fù)合材料葉片的2倍。據(jù)分析，采用碳纖維／玻璃纖維混雜增強(qiáng)方案，葉片可減輕20％～30％。Vesta Wind System 公司的V90型3.0 MW發(fā)電機(jī)的葉片長44m，采用碳纖維代替玻璃纖維的構(gòu)件，葉片質(zhì)量與該公司V80 型2.0MW發(fā)電機(jī)且為39m長的葉片質(zhì)量相同。同樣是34 m長的葉片，采用玻璃纖維增強(qiáng)聚脂樹脂時(shí)質(zhì)量為5800kg，采用玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂時(shí)質(zhì)量為5200kg，而采用碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂時(shí)質(zhì)量只有3800kg。其他的研究也表明，添加碳纖維所制得的風(fēng)機(jī)葉片質(zhì)量比采用玻璃纖維的輕約32%，而且成本下降約16%。

　　2）提高葉片抗疲勞性能

　　風(fēng)機(jī)總是處在條件惡劣的環(huán)境中，并且24h處于工作狀態(tài)。這就使材料易于受到損害。相關(guān)研究表明，碳纖維合成材料具有良好的抗疲勞特性，當(dāng)與樹脂材料混合時(shí)，則成為了風(fēng)力機(jī)適應(yīng)惡劣氣候條件的最佳材料之一。

　　3）使風(fēng)機(jī)的輸出功率更平滑更均衡，提高風(fēng)能利用效率

　　使用碳纖維后，葉片質(zhì)量的降低和剛度的增加改善了葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能，減少對(duì)塔和輪軸的負(fù)載，從而使風(fēng)機(jī)的輸出功率更平滑更均衡，提高能量效率。同時(shí)，碳纖維葉片更薄，外形設(shè)計(jì)更有效，葉片更細(xì)長，也提高了能量的輸出效率。

　　4）可制造低風(fēng)速葉片

　　碳纖維的應(yīng)用可以減少負(fù)載和增加葉片長度，從而制造適合于低風(fēng)速地區(qū)的大直徑風(fēng)葉，使風(fēng)能成本下降。