风力发电机叶片:复合材料显身手

   

    随着工业的发展,能源问题、环境污染问题日益受到各国的关注,清洁能源受到推崇,已成为未来能源的发展趋势。其中风力资源是取之不尽、用之不竭的天然清洁能源,全球对风力资源的开发力度正不断加大。欧洲风能研究会指出,最近6年来,人类从风力上得到的能源年增30%,北美、中国、日本、印度以及南美洲和欧洲的部分国家都在大力发展风能。

风能越来越得到重视的一个重要原因是成本显著降低。现在用风能发一度电的耗资是20年前的1/10,不到4美分,这与煤炭和天然气相比,在价格上就很具竞争力了。预计到2020年,风能的价格还要比现在低一半。而风力发电价格的降低,则有赖于材料技术的进步。风力发电装置最关键、最核心的部分是发电转子叶片,它占整个风力发电装置成本的15%~20%,叶片的设计和采用的材料决定风力发电装置的性能和功率,也决定风力发电的价格。因此,叶片材料的选择、制备工艺优化对风力发电装置十分重要。

风力发电转子叶片用的材料根据叶片长度不同而选用不同的复合材料,目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯树脂、玻璃纤维增强环氧树脂和碳纤维增强环氧树脂。对于风力发电装置而言,叶片越长、质量越轻、材料强度越高越好。同样是34米长的叶片,采用玻璃纤维增强聚酯树脂时质量5800kg,采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量5200kg,而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg,因而从性能来讲,碳纤维增强环氧树脂叶片最好,玻璃纤维增强环氧树脂叶片次之。

因此可以预见,采用碳纤维增强环氧树脂复合材料是叶片材料发展的趋势,特别是随着发电单机功率的增大,要求叶片长度不断增加,其在风力发电上的应用也将会不断扩大。对叶片来讲,刚度也是一个十分重要的指标。研究表明,碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的两倍。国外专家认为,在发展更大功率风力发电装置和更长转子叶片时,采用性能更好的碳纤维复合材料势在必行。



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