大型风力涡轮转子叶片增强材料实践应用现状及发展趋势.pdfVIP

2010年第 6期 玻 璃 钢 ／复 合 材 料 81 大型风力涡轮转子叶片增强材料应用现状及发展趋势 滕冬华 ，高克强 (中材科技风电叶片股份有限公司，北京 102101) 摘要：大型风力涡轮转子叶片是风电机组系统有效捕获风能的关键部件，基本上由各种复合材料制成，因此结构材料的 性能是影响叶片正常稳定运转的决定性 因素之一。本文简述了国内外风电产业尤其是叶片技术的变革历程和发展趋势，概括 了各种风电叶片用高性能增强材料的性能特点和应用现状，对存在的问题提 出了一些建议 ，并对风电叶片的未来发展进行 了 展望。 关键词 ：风力涡轮转子叶片；增强材料 ；复合材料 中图分类号：TK83 文献标识码：A 文章编号：1003—0999(2010)06—0081—05 风力发电作为一项最具规模开发条件和市场发 1 风力涡轮转子叶片发展简况 展前景的新能源技术，可有效缓解 日益严峻的环境 纵观全球风能技术的变革历程和发展趋势，风 污染和能源危机问题。其中每安装 1兆瓦的风电机 电叶片依然呈现出大型化、轻量化、长寿化以及低成 组，年均可 以减排 2000吨 CO：、10吨 SO 和 6吨 本化的发展态势。如图 1所示，20世纪8O年代 ，主 NO，因此世界各国积极开展能源革命，大力支持及 流风电机组的单机容量和风轮直径分别小于 200kW 垂 政策激励风电 “朝阳产业 ”的发展，使风电产业呈现 和24m；90年代末则逐渐扩增到750kW 和49m；迈 出 “白热化”和 “井喷式”的强劲势头，并直接推动了 入 21世纪，兆瓦级机组的市场 占有率迅速增大， 整机市场 日臻成熟和叶片、齿轮箱、轴承等配套产业 2000年 占当年新增总容量的9．7％，2001年达到 渐趋完善。大型转子叶片是风电机组的关键部件之 52．3％，2003年达到71．4％，而2006年则继续扩大 一 ，价格占整套机组的 15％ ～20％，基本上都 由各 到87．5％E2]。 目前，陆地与海上主流风电机组分别 种纤维增强树脂基复合材料 (FRP)制成，因此不仅 为 1～3MW和3～5MW，风轮直径分别为55～100m 气动设计和翼型结构会影响捕风能力与发电效率， 和 100～126m，而更大单机容量的风电机组也开始 而且增强骨架材料、树脂基体、结构胶粘剂及表面保 一 进入大规模研制试装阶段，如德国EnereonGmbH的 护性涂料等关键原材料的力学性能、抗疲劳和耐气 7MW E一126机组和英 国Britannia计划 中的7．5MW 候等特性也将决定叶片的承载能力、运行稳定性和 甚至 10MW超大型机组。 长期使用寿命…。 AirbusA380 w ingspan80m 93 95 97 99 01 03 05 7 Yearofoperation 5 13 16 2 45 5 8／IOM W Installedpower 图1 风力涡轮发电机组大型化发展趋势 Fig．1 Developmenttendencyof