碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用

    葉片也是風(fēng)機(jī)中成本最高的部件，雖然它的重量不到風(fēng)機(jī)重量的15％。Peter Jamieson認(rèn)為風(fēng)葉成本約占風(fēng)電成本的10％。 風(fēng)葉類似于航空葉片，要求提高提升比（Lift－to－drag ratio），并且其提升特性不易受葉片表面污染和粗糙度影響。從結(jié)構(gòu)考慮要求葉片有較厚的葉型。葉片要經(jīng)受20年應(yīng)用，以受風(fēng)力造成的疲勞次數(shù)達(dá)10（也有以500萬次作標(biāo)準(zhǔn)）。隨著風(fēng)機(jī)功率的增加，風(fēng)葉尺寸也相應(yīng)增加。表1所示為不同年份風(fēng)機(jī)功率、風(fēng)葉尺寸和風(fēng)電價(jià)格的變化趨勢。
    2.碳纖維在風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片中的應(yīng)用
    當(dāng)葉片長度增加時(shí)，重量的增加要快于能量的提取，因?yàn)橹亓康脑黾雍惋L(fēng)葉長度的立方成正比（圖1），而風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的電能和風(fēng)葉長度的平方成正比。同時(shí)隨著葉片長度的增加，對增強(qiáng)材料的強(qiáng)度和剛度等性能提出了新的要求，玻璃纖維在大型復(fù)合材料葉片制造中逐漸顯現(xiàn)出性能方面的不足。為了保證在極端風(fēng)載下葉尖不碰塔架，葉片必須具有足夠的剛度。減輕葉片的重量，又要滿足強(qiáng)度與剛度要求，有效的辦法是采用碳纖維增強(qiáng)。國外專家認(rèn)為，由于現(xiàn)有材料性不能很好滿足大功率風(fēng)力發(fā)電裝置的需求，玻璃纖維復(fù)合材料性能已經(jīng)趨于極限，因此，在發(fā)展更大功率風(fēng)力發(fā)電裝置和更長轉(zhuǎn)于葉片時(shí)，采用懺能更好的碳纖維復(fù)合材料是勢在必行。根據(jù)國外有關(guān)資料報(bào)道，當(dāng)風(fēng)力機(jī)超過3MW、葉片長度超過40米時(shí)，在葉片制造時(shí)采用碳纖維已成為必要的選擇。事實(shí)上，當(dāng)葉片超過一定尺寸后，碳纖維葉片反而比玻纖葉片便宜，因?yàn)椴牧嫌昧俊趧?dòng)力、運(yùn)輸和安裝成本等都下降了。

         
    國外碳纖維用于葉片制造的廠家主要有：
    ＊ 丹麥LM Glassfiber“未來”葉片家族中61.5米長、5MW風(fēng)機(jī)的葉片在梁和端部都選用了碳纖維；
    ＊ 德國葉片制造商N(yùn)ordex Rotor新制造的56米長，5MW風(fēng)機(jī)葉片的整個(gè)梁結(jié)構(gòu)也采用了碳纖維，他們認(rèn)為葉片超過一定尺寸后，碳纖維葉片的制作成本并不比玻纖的高；

    ＊ Vestas Wind System 在他們制造的44米長、V-90 3.0 MW風(fēng)電機(jī)中的葉片的梁采用了碳纖維。2004年12月Zoltek Companies Inc．宣布與Vestas wind Systems AS公司訂立長期戰(zhàn)略合同，在前三年提供價(jià)值8千萬到1億美元的碳纖維用于制造風(fēng)機(jī)葉片；Zoltek Companies Inc在股東大會(huì)上宣布對NEG Micon的碳纖維合同將從每年150噸增加一倍。同時(shí)每年分別向Vestas和Ganesa各提供1000噸，所用牌號(hào)為Panex33 48K；
    ＊ 西班牙Gamesa在他們旋轉(zhuǎn)直徑為87米（G87）和90米（G90）2MW的風(fēng)機(jī)的葉片中采用了碳纖維／環(huán)氧樹脂預(yù)浸料，G90葉片長44米，質(zhì)量約7t。
    ＊ NEG Micon在40米的葉片中采用了碳纖維增
    ＊ 德國Enercon GmbH在他們的大型葉片的制造中也使用了碳纖維。