國內(nèi)外風電葉片技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

　　*與環(huán)氧／玻纖復合材料大型葉片相比較，若采用熱塑性復合材料葉片，每臺大型風力發(fā)電機所用的葉片重量可降低10％，抗沖擊性能大幅度提高，制造成本至少降低1／4，制造周期至少降低1／3，且可完全回收和再利用。
　　*愛爾蘭Gaoth風能公司與日木三菱重工及美國Cyclics公司正在探討如何共同研制低成本熱塑性復合材料葉片。
　　*LM G1asfibre公司正開展此項研究，目的是用玻璃鋼、碳纖維和熱塑材料的混合紗絲制造葉片，這可能會使葉片的生產(chǎn)時間縮短50％。
　　*安全快捷地制造“綠色”的復合材料葉片正期待著復合材料葉片制造商去實現(xiàn)。

　　三、葉片設計技術(shù)不斷進步

　　 葉片設計分為氣動設計和結(jié)構(gòu)設計兩大階段，通常這兩階段不是獨立的，而是一個迭代的過程。風輪葉片的優(yōu)化設計要滿足的目標: 年輸出功率最大化；最大功率限制輸出；振動最小化和避免出現(xiàn)共振；材料消耗最小化；葉片結(jié)構(gòu)滿足適當?shù)膹姸纫蠛蛣偠纫螅槐ＷC葉片結(jié)構(gòu)局部和整體穩(wěn)定性。

　　1、翼型是葉片設計的基礎

　　國內(nèi)缺乏相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，國外典型翼型和優(yōu)勢如下：
　　1）美國Seri和NREL系列， Seri系列對翼型表面粗糙度敏感性低。
　　2）丹麥RISO—A系列，在接近失速時具有良好的失速性能且對前緣粗糙度敏感性低；
　　3）瑞典FFA．W系列，該系列具有良好的后失速性能。丹麥LM公司已在大型風機葉片上采用瑞典FFA．且該翼型將會在風機葉片設計中廣泛應用。
　　4）荷蘭DU系列和其它。

　　目前所能利用的典型風力機翼型特性

　　2、通過氣動外形優(yōu)化，大幅提高氣動效率

　　通過改進葉片外形型面，改進空氣動力和葉片受力狀態(tài)，增加可靠性和對風能捕獲量。

    　　Enercon司為抑制生成擾流和旋渦在葉片端部安裝“小翼”，為改善和提高渦輪發(fā)電機主艙附近的捕風能力，對葉片根莖進行重新改進，縮小葉片的外形截面，增加葉徑長度；對葉片頂部和根部之間的型面進行優(yōu)化設計。在此基礎上，Enercon公司在其71m的2MW風力發(fā)電機組，改進后葉片根部的捕風能力得以提高。在4.5MW風力發(fā)電機設計中繼續(xù)采用此項技術(shù)，旋轉(zhuǎn)直徑為112m的葉片端部仍安裝有傾斜“小翼”，使得葉片單片的運行噪音小于3個葉片(旋轉(zhuǎn)直徑為66m)運行時產(chǎn)生的噪音。

　　2）細長形葉片設計

　　丹麥LM公司提出了“Future Blade”的概念，且已在其54m和61.5m巨型葉片上使用了這種設計概念。LM公司研發(fā)部經(jīng)理Frank V．Nielsen認為未來葉片設計的關(guān)鍵已從效率最大化轉(zhuǎn)移到能量成本(COE)最優(yōu)化，葉片將會更加細長，這種設計技術(shù)將會降低葉片載荷，葉片質(zhì)量分布更加優(yōu)化。

　　3）柔性和預彎設計是目前大型號葉片中廣泛采用的設計技術(shù)

　　葉尖采用“柔性”設計理念進行設計，葉尖輕微彎曲。 降低了葉片風壓和風機的驅(qū)動扭矩，并最大限度捕獲所有可用風速范圍內(nèi)的風能，包括邊緣的低風速區(qū)域，比傳統(tǒng)的葉片捕風能力提高了5～10％。

　　四、復合材料制造工藝進步，促進了葉片的技術(shù)發(fā)展

　　1、濕法手糊成型：增強材料浸膠，一層一層地緊貼在模具上，手動趕出氣泡/真空壓實。

　　2、預浸料成型：提高性能、降低重量

　　預浸料成型方法是按設計要求的鋪層順序先將預浸料鋪放在模具內(nèi)，然后用真空袋將尚未成型的制件密封，抽真空，以排除在鋪層內(nèi)的氣泡、揮發(fā)分和袋內(nèi)的空氣，按最佳的固化工藝參數(shù)在熱壓罐內(nèi)固化成型葉片。對于40m以上葉片，VESTAS和GAMESA仍使用預浸料工藝。

　　3、真空灌注成型（RIM）：提高性能、降低制造成本

　　先將纖維織物等增強材料鋪放在模腔里，然后抽真空，樹脂基體在真空壓力的作用下被導入模腔浸漬增強材料。