風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片材料選用介紹

   　1.2  CFRP
　　隨著風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計技術(shù)的提高，風(fēng)力發(fā)電向大功率、長葉片的方向發(fā)展。葉片長度增加勢必增加葉片的質(zhì)量。經(jīng)對長度10~60m的葉片進(jìn)行的統(tǒng)計表明，葉片質(zhì)量按長度的三次方增加。葉片輕量化對運(yùn)行、疲勞壽命、能量輸出有重要的影響。由于葉片運(yùn)行時其重力產(chǎn)生交變載荷，使葉片本身及機(jī)組產(chǎn)生疲勞。葉片減重可相應(yīng)減少輪轂、機(jī)艙、塔架等結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。
　　對于大型葉片，剛度成為主要問題。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。既要減輕葉片的質(zhì)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)塑料（CFRP）。CFRP的拉伸性模量是GFRP的2~3倍。大型葉片采用CF增強(qiáng)可充分發(fā)揮其高彈輕質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)分析，采用CF/GFRP混雜增強(qiáng)的方案，葉片可減重20%~40%。據(jù)歐洲EC公司資助的研究計劃中介紹，在￠120m葉片轉(zhuǎn)子中添加CF能有效減輕總體質(zhì)量達(dá)38%，另外亦可使其設(shè)計成本費(fèi)用比GF減少14%。另外一個類似的研究分析也指出，添加CF制得的風(fēng)機(jī)葉片質(zhì)量會比GF減輕約32%。 
　　目前世界上最大的CF/GFRP混雜風(fēng)機(jī)葉片是Nodex公司為海上風(fēng)電5MW機(jī)組配套研制的長度56m的葉片。Nodex公司還開發(fā)了43m（9.6t）的CF/GFRP風(fēng)機(jī)葉片，可用于陸上2.5MW機(jī)組。Enercon公司開發(fā)了供4.5MW風(fēng)力機(jī)組使用的CFRP葉片。對于大型葉片是否需用CF增強(qiáng)，目前尚有爭議。一些人認(rèn)為，在風(fēng)能產(chǎn)業(yè)中引入CF工藝是“奇特”和昂貴的，如果可能應(yīng)盡量避免。然而許多結(jié)構(gòu)方面的工程師確信，自然的規(guī)模法則顯示，當(dāng)葉片長度增加時，質(zhì)量的增加要快于能量的提取。因此采用CF或CF/GF混雜纖維對抑制質(zhì)量的增大是必要的。同時為了降低風(fēng)能的成本，發(fā)展具有足夠剛性的更長葉片也是必要的。 
　　能否在風(fēng)機(jī)葉片上大量采用CFRP取決于CF的價格。CFRP的性能雖然遠(yuǎn)優(yōu)于GFRP，且不論葉片還是整個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組毫玩疑問都是最輕量的，但價格也是最貴的。即使CF價格降到11美元/Kg，用CFRP制備葉片的價格還是過高。因此現(xiàn)在正從原材料、工藝技術(shù)、質(zhì)量控制等方面深入研究，以求降低CFRP的成本。 
　　一般較小型的葉片（如長22m）選用量大價廉的E-GFRP，樹脂基體以不飽和聚酯為主，也可選用乙烯基酯樹脂或環(huán)氧樹脂。而較大型的葉片（如長42m以上）一般采用CFRP或CF/GFRP，樹脂基體以環(huán)氧樹脂為主。