風(fēng)輪葉片中的高科技：碳纖維

每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電裝置都有一根高高的“柱子”——塔桿（又稱“鐵塔”），一個(gè)大大的“肚子”——機(jī)艙，三片（有的兩片）長(zhǎng)長(zhǎng)的“葉子”——風(fēng)輪葉片（又稱“漿葉”），表面上結(jié)構(gòu)很是簡(jiǎn)單，其實(shí)從外到內(nèi)都有高科技，尤其是“肚子”里面構(gòu)造復(fù)雜，學(xué)問(wèn)高深。 　　風(fēng)輪葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵核心部件之一，約占總成本的20%，它所采用的材料和設(shè)計(jì)決定葉片的性能和效率。由于葉片要常年（多達(dá)20年）不停地工作，而且要經(jīng)常遭受狂風(fēng)、暴雨、烈日、嚴(yán)寒、雷電等惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，必須要有可靠的質(zhì)量、良好的工藝設(shè)計(jì)和優(yōu)越的性能。 　　商品化的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪葉片大多采用玻璃纖維復(fù)合材料，能滿足葉片輕質(zhì)高強(qiáng)和耐久性的要求，長(zhǎng)度長(zhǎng)于40米的葉片多采用碳纖維——玻璃纖維復(fù)合材料。使用碳纖維作為增強(qiáng)材料，不僅可以提高葉片的承載能力，由于碳纖維具有導(dǎo)電性，也可以有效地避免雷擊對(duì)葉片造成損傷。但限于碳纖維的制造技術(shù)和高昂的價(jià)格，碳纖維復(fù)合材料還未大量推廣應(yīng)用。 　　為了保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，不僅要求葉片的質(zhì)輕高強(qiáng)，而且也要求葉片的質(zhì)量分布均勻、外形尺寸準(zhǔn)確，因此葉片的制造工藝對(duì)風(fēng)力發(fā)電裝置十分重要。大型風(fēng)輪葉片一般是采用梁殼結(jié)構(gòu)（有肋梁的夾心結(jié)構(gòu)），由多軸（縱向）向經(jīng)（橫向）強(qiáng)化編制物做骨架?，F(xiàn)在國(guó)際上最先進(jìn)的生產(chǎn)工藝是干法成型（也稱為閉模成型），即按照設(shè)計(jì)鋪層進(jìn)行層鋪，然后密封型腔，進(jìn)行抽真空注射成型。真空注射成型不僅樹(shù)脂含量容易控制，還保證了復(fù)合材料葉片的質(zhì)量均勻分布，而且增強(qiáng)材料鋪設(shè)準(zhǔn)確，基體樹(shù)脂在真空壓力的作用下，可以更完全的浸漬增強(qiáng)材料，能有效地發(fā)揮增強(qiáng)材料的性能，提高復(fù)合材料的承載能力。 　　風(fēng)輪葉片的設(shè)計(jì)壽命約為20年，由于是用復(fù)合材料做成的，自然降解非常緩慢。所以退役后的葉片處理是個(gè)難題，葉片的回收處理以及“綠色”葉片的研制將是今后重要方向。 　　德國(guó)、丹麥等風(fēng)能資源利用較好的國(guó)家復(fù)合材料風(fēng)輪葉片的研發(fā)能力世界領(lǐng)先，可以針對(duì)不同的地區(qū)風(fēng)力發(fā)電需要，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案和制造技術(shù)，生產(chǎn)適合不同需求的復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電葉片。目前，我國(guó)的風(fēng)輪葉片尤其是兆瓦級(jí)風(fēng)輪葉片所使用的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料大部分依賴進(jìn)口，嚴(yán)重制約了我國(guó)兆瓦級(jí)風(fēng)輪葉片制造行業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的提升。