FRP在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片中的應(yīng)用

　　隨著世界石油資源的日益匱乏，風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源而逐漸被人們重視。開(kāi)發(fā)和利用風(fēng)能資源不僅可以為21世紀(jì)尋找新的替代能源，而且有利于環(huán)境保護(hù)。

　　我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在經(jīng)歷了一個(gè)由小到大、由慢到快的過(guò)程。從20世紀(jì)70年代研制成功1KW小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組樣機(jī)，到1998年的國(guó)家“乘風(fēng)計(jì)劃”揭開(kāi)了大型風(fēng)電機(jī)組國(guó)產(chǎn)化的序幕；從1986年我國(guó)第一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)在山東榮成并網(wǎng)發(fā)電，到2006年底建成了91個(gè)風(fēng)電場(chǎng)；從1999年著批國(guó)產(chǎn)化600KW風(fēng)電機(jī)組在達(dá)坂城風(fēng)電一場(chǎng)投入運(yùn)行，到2005年研發(fā)MW級(jí)國(guó)產(chǎn)化風(fēng)電機(jī)組樣機(jī)；從2004年總裝機(jī)容量76.4萬(wàn)KW到2006年底總裝機(jī)量258.9KW，由此不難看出，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在這20多年中逐漸發(fā)展、前進(jìn)、壯大。

　　近年來(lái)，風(fēng)電機(jī)組技術(shù)改進(jìn)的主要方向是降低制造成本、提高單機(jī)容量、提高風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等。目前主流風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量為1.5~2.0MW，容量越大，發(fā)電效率越高，技術(shù)難度越大。而國(guó)外正在開(kāi)發(fā)、應(yīng)用的機(jī)組單機(jī)容量為3~5MW。美國(guó)NREL（國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室）2004年的報(bào)告認(rèn)為在2012年之前，價(jià)格上有競(jìng)爭(zhēng)力的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品，陸地為2~5MW，海上風(fēng)電場(chǎng)（近海）為5MW以上。2003年德國(guó)Eneroon公司安裝了第一臺(tái)4.5MW的風(fēng)電機(jī)組樣機(jī)。

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片是接受風(fēng)能的最主要部件，也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)中最基礎(chǔ)和最關(guān)鍵的部件。其良好的設(shè)計(jì)、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的決定因素。纖維增強(qiáng)塑料（FRP）以其輕質(zhì)、耐腐蝕和高拉伸彈性模量一直是風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片最常用的材料，是復(fù)合材料成功應(yīng)用的典型大型構(gòu)件。

　　1 制造風(fēng)機(jī)葉片的主要材料

　　葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要構(gòu)件。它將風(fēng)能傳遞給發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，使之旋轉(zhuǎn)切割磁力線而發(fā)電。為確保在野外極其惡劣環(huán)境中長(zhǎng)期不停、安全地運(yùn)行，對(duì)葉片材料的要求是①密度小且具有最佳的疲勞強(qiáng)度和力學(xué)性能，能經(jīng)受住極端惡劣條件和隨機(jī)的負(fù)荷（如暴風(fēng)等）的考驗(yàn)，確保安全運(yùn)轉(zhuǎn)20年以上；②成本（精確說(shuō)為分?jǐn)偟矫慷入姷某杀荆┑停虎廴~片的彈性、旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣性及其振動(dòng)頻率特性曲紅都正常，傳遞給整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)荷穩(wěn)定性好；④耐腐蝕、耐紫外線（UV）照射和抗雷擊性好；⑤維護(hù)費(fèi)用低。

　　FRP完全可以滿足以上要求，是最佳的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片材料。

　　1.1

　　目前商品化的大型風(fēng)機(jī)葉片大多采用玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）制造。GFRP葉片的特點(diǎn)為