復合材料風電葉片技術現狀及趨向

吳濤

摘 要：本文首先介紹了風力發電的重要性，其次從風力發電葉片的研究、葉片的設計、玻璃纖維和碳纖維所制作的復合材料的風電葉片各自的優缺點及風力發電葉片所存在的問題等幾個方面進行論述，最后提出解決的對策以及復合材料風電葉片的未來趨勢。

關鍵詞：復合材料；風電葉片；現狀；問題；對策

中圖分類號：TB33 文獻標識碼：A

我國作為能源大國，其傳統的化石能源，例如煤礦、石油在國際上都占有很大的比例，但是，由于人類不正當的勘察，這些能源也在日漸耗盡，并且這些傳統的能源有個很大的缺點，便是環境污染十分嚴重。因此，風能這樣的一種可再生、健康環保的能源，受到了人們的重視。其高效的開發和利用價值，是人們極為看重的。利用風機葉片進行風力發電，變得更加重要。但是在實際操作中，卻產生了很大的阻力。

復合材料應用在風力發電中主要依靠的就是轉子葉片，這種材料要求的葉片，其運作的條件要求非常高，必須是在環境特別艱難的情況下才可以運行的，傳統材料的葉片在風力發電機上，某些性能方面很難滿足現在發電的需要，尤其是隨著社會的進步，現在風電機組發展的也十分迅速，所以，如何充分利用風電葉片更好地發電，是人們需要研究的課題。

一、風力發電葉片的研究進展

隨著科學的不斷進步，當前的風力發電技術也取得了很大的提高，具體表現在風電機組的單機容量由以前的0.02MW達到了最大單機容量為5MW。比之前番了幾十倍乃至幾百倍，這無疑不象征著風力發電葉片技術的進步。風電機組容量的增加，也大大提高了風力發電的效率。為什么要采用復合材料的葉片，眾所周知，復合材料的性能具有可設計性，它的剛度和強度也比較適合利用，其次，葉片由于發電的環境十分艱難，這也從另一方面磨煉了它的耐磨性，特別是當這種材料的風力機安裝在戶外的時候，雖然長期經手風吹日曬，但它的耐候性很好地滿足用戶的使用。最后在維修方面也不需要有很大的調整。在國內外研究復合材料的風電葉片中，從葉片的設計，葉片的材質都有了很好的建議。

1.風力發電葉片的設計

現代葉片的設計不同于傳統結構，為了滿足大型化發電機組的需求，提高風能發電的效率，在進行葉片設計的時候，其形狀和材質都需要充分考慮。在尺寸上面，復合材料下的風電葉片要求制作的尺寸比傳統的葉片要大很多，葉片長度的增加，同時也要考慮到葉片的質量。葉片的材料大部分采用輕型玻璃鋼的纖維材料，葉片的形狀呈現出翼面的。在葉片尺寸制造上面，要去結構應該合理、技術先進，尤其是整個工藝的制作上，滿足大尺寸下輕重量的要求，這樣才能降低整個發電力風力發電機組的成本，被更多人所利用。

2.增強材料體系

以前傳統上的葉片材料大部分是鋁材、鋼材、木材之類的，可想而知，這樣的葉片怎能抵擋戶外的風吹日曬，因此，現代的復合材料下的葉片在材料要求方面，采用玻璃纖維的材料，綜合實力，無論是從性能方面、還是耐磨性、耐高溫性、抗腐蝕性方面都是一流的，深受歡迎的。而且另一方面，這樣的材質在價格上面也是非常合理的，人們不用擔心昂貴的價格，所以，很多的廠商，來自世界各地的都喜歡開發這樣材料的葉片用在發電機組上，而且還不用擔心銷量，因為這種復合材料做成的葉片無論是價格上，還是應用在發電機組進行風力發電上，都是極好的，對人類風能的開發也是極為重要的意義。

二、碳纖維在風機葉片上的應用

隨著對葉片尺寸要求越來越大，碳纖維這種復合材料也逐漸被眾人知悉，碳纖維的剛度大約是玻璃纖維剛度的3倍，而且由碳纖維制成的復合材料的剛度也比玻璃纖維要強大很多。另一方面，在葉片的重量方面，由于葉片的重量在不斷地減輕，風力發電機組的成本也不斷地降低，以更好地滿足人們需要，碳纖維應用在風機葉片上，其葉殼的旋翼狀能夠很好地減輕葉片的重量，而且也能夠很好地保障葉片的質量。國內外的發電機組都是朝著更大規模發展的，這種碳纖維在風電葉片上的應用是越來越廣的。

三、碳纖維在風力發電葉片中應用所存在的問題

盡管碳纖維有抗腐蝕、耐高溫、高質量、輕重量、強剛度等很多的優點，但是在實際應用上還是不可避免地存在一些問題，例如碳纖維的價格十分昂貴，而且居高不下，有的人認為這樣的一種材質不太實用，太貴了；再比如說，在工藝制作上，要求太高，局限性太強，只有一些廠商才符合要求，制作這樣的碳纖維；還有，在質量監督方面，碳纖維不像玻璃纖維，由于玻璃纖維是透明的，所以當制作好葉片的時候，很容易看到成品，而碳纖維透明度非常低，所以不容易進行監督控制。另外，碳纖維的韌性也是非常差，這對于制作成品時也是有很大的不利的影響的。以上碳纖維在制作和應用中存在的問題，應該引起制作廠商的深思，找出解決辦法，更好地解決，以此更快地在目前越來越大的發電機組中應用。

四、復合材料風電葉片的模具問題

發電機組朝著越來越大型的方向進行發展，這種條件下風電葉片的尺寸制作也越來越大，制作葉片的模具也需要進行改變，模具材料的選擇上也需要進行調整，傳統的葉片設計所采用的模具是金屬的材質，如果在此進出上進行模具大小的改變，很顯然是非常困難的。所以為了和復合材料風電葉片保持一致，那么模具上面也采用復合的材料。這樣一來，首先在工藝制作上降低了模具制造的難度，其次，也可以和葉片的外形尺寸更好地吻合，最后，在葉片制作周期上，也較之前大大縮短，提高了生產效率。

五、復合材料風電葉片的其他問題

從保護環境的角度看，大力發展風力發電是很有必要的，但是從保護動物上來說，利用復合材料風電葉片進行風力發電，所產生的噪音污染也影響動物的生存，甚至對于瀕臨滅絕的重點保護動物更是產生很大的威脅。但是，相關政府部門應當制定相關的規章制度，增加這方面的經濟扶持和政策引導，正確利用復合材料風電葉片進行風力發電；另外一方面，技術開發人員在開發這種風電葉片的過程中，考慮全面，提高自身技術水平，改進碳纖維在應用中存在的不足，同時較少風力發電所產生的噪音，把這種傷害盡力降到最低，引導人們科學合理的進行風力發電。

結語

通過對復合材料風電葉片進行技術分析，也讓我們認識到風能作為一種可再生能源，是很有開發價值的能源，取之不竭，用之不盡，任何一種資源都不是萬能的，我們應當正確認識這樣的一種新能源，揚長避短，促進我國的風電事業發展越來越強大。

參考文獻

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