復(fù)合材料風機葉片發(fā)展現(xiàn)狀及成型工藝進展

　　摘要簡述了我國復(fù)合材料風電葉片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展概況，針對葉片生產(chǎn)的材料體系及成型工藝進行了較為詳細的論述，并指出我國的產(chǎn)業(yè)政策將有利于風電葉片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　1 引 言

　　隨著世界能源危機的日益嚴重以及公眾對于生態(tài)環(huán)境要求的呼聲日益高漲，發(fā)展可再生能源成為當前21世紀世界一個共同的趨勢。目前，全球約有50個國家頌布了支持可再生能源發(fā)展的相關(guān)法規(guī)，而風能作為可再生能源的重要組成部分， 自然受到世界各國政府的重視。各國正加快對風力發(fā)電機組的研究步伐，不斷推出新的技術(shù)裝備和成型工藝。風力產(chǎn)業(yè)正逐步發(fā)展成為初具規(guī)模的新興產(chǎn)業(yè)。

　　根據(jù)我國“十一五”能源規(guī)劃，風機發(fā)電將作為可再生能源重點支持發(fā)展的對象。我國可開發(fā)利用的風能資源有10億kW。其中陸地2.5億kW，現(xiàn)在僅開發(fā)了不到0.2%；近海地區(qū)有7.5億kW，風能資源十分豐富。風能資源豐富的地區(qū)主要分布在“三北”（東北、西北、華北）地區(qū)及東南沿海地區(qū)。三北地區(qū)可開發(fā)利用的風力資源有2億kW，占全國陸地可開發(fā)利用風能的79%。根據(jù)風力發(fā)電中長期發(fā)展規(guī)劃，到2005年全國風電總裝機容量為100萬kW，2010年400萬kW，2015年1000萬kW，2020年2000萬kW。這一規(guī)劃將極大的促進我國風力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　葉片是風力發(fā)電機組有效捕獲風能的關(guān)鍵部件。在發(fā)電機功率確定的條件下，如何提高發(fā)電效率，以獲得更大的風能，一直是風力發(fā)電追求的目標，以獲得更大的風能，一直是風力發(fā)電追求的目標，而捕風能力的提高與葉片的形狀、長度和面積有著密切的關(guān)系，葉片尺寸的大小和強度則主要依賴于制造葉片的材料和理想的成型工藝。葉片的材料越輕、強度和剛度越高，葉片抵御載荷的能力就越強，葉片就可以做得越大，它的捕風能力也就越強。

　　目前世界上絕大多數(shù)葉片采用玻璃鋼/復(fù)合材料制造，主要考慮玻璃鋼/復(fù)合材料有一些優(yōu)點是其它材料所不具備的。①它可根據(jù)風力機葉片的受力特點設(shè)計強度與剛度，利用纖維受力為主的理論，可把主要纖維安排在葉片的縱向，減少材料用量，減輕葉片的重量；②容易成型。葉片具有復(fù)雜的氣動外形， 如用金屬制造相當困難，而用復(fù)合材料制造則容易得多，模具制成后，可以進行批量生產(chǎn)；③優(yōu)良的力學(xué)性能。葉片使用壽命約20年，要求葉片具有良好的疲勞強度。玻璃鋼的疲勞強度較高，缺口敏感性低，具有良好的疲勞性能。此外，玻璃鋼內(nèi)阻尼大，抗震性能較好；④耐腐蝕性好。風力機安裝在外，近年來又大力發(fā)展離岸風電場，風力機安裝在海上，風力機組及葉片要受到各種氣候環(huán)境的影響，要具有耐酸、堿、水汽的性能。

　　2 材料體系

　　復(fù)合材料在風力發(fā)電中的應(yīng)用主要是轉(zhuǎn)子葉片、機艙罩和整流罩。相對而言，機艙罩和整流罩的技術(shù)門檻較低，開發(fā)生產(chǎn)的難度不大。而風力發(fā)電機葉片則是風力發(fā)電機組的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計、材料和工藝決定風力發(fā)電裝置的性能和功率。在風力發(fā)電機興起100多年的歷史里，葉片材料經(jīng)歷了木制葉片、布蒙皮葉片、鋁合金葉片等。伴隨著聯(lián)網(wǎng)型風力發(fā)電機的出現(xiàn)，風力發(fā)電進入高速發(fā)展時期。傳統(tǒng)材料的葉片已不能滿足日益大型化的風力發(fā)電機上某些使用性能的要求，于是具高比強度、高比剛度的復(fù)合材料葉片隨之發(fā)展起來。風電葉片已成為復(fù)合材料的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。

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