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大型风力机叶片抑颤技术的发展现状及研究进展

2012-07-17 17:26
汉水狂客
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 1.风电发展现状

  能源和环境是当今人类生存和发展急需解决的紧迫问题。风力发电作为可再生的清洁能源受到世界各国政府、能源界和环保界的高度重视。人类利用风能已有3千年的历史了。在公元1000年左右,中国的西藏就出现了水平轴的风车。到19世纪末,欧洲出现R=25m的风车;1941年,丹麦制造了世纪第一台现代风车。但由于煤、石油的开采,人们可以获得廉价的能源,风力发电渐渐淡出人们的视线。直到1973年,爆发的世界能源危机,世界又重新重视风能。随后,风电开始迅速发展。目前,风电已经成为世界能源的主要成员。

  我国是世界风能资源较为丰富的国家之一。资料显示,我国10m高度的风能资源达到32.26亿KW,其中可利用的风能约2.53亿,占7.84%。从中国再生能源获悉,2010年中国新增风电装机容量达1300万kw,增量位居世界首位。中国可再生能源学会副理事长施鹏飞表示,截至2010年底,中国风电装机容量已逾4000万kw,与美国几乎持平;而在2009 年底,这一数值仅为2500万kw。2006~2009 年,中国风电装机容量已经连续4年实现翻番增长。预计2011年我国风电装机有望增长57%,争取并网累计达到5500万kw。图1和图2分别为世界风电和我国风电增长速度。

  2.风力机叶片发展

  新的风力机设计理论认为未来叶片设计的关键已从效率最大化转移到能量成本(COE)最优化 。因此,风力机叶片向着大型化、细长化发展。现在兆瓦级的风力发电机叶片的长度都达到了30米以上,其中Vestas公司V112-3.0MW风力发电机的叶片达到了55米。大尺寸的叶片受到复杂载荷的作用,因此要保持自身的结构和气弹性的稳定从而对材料性能的要求很高。经过多年的发展,叶片的材料由木材和帆布发展到金属再到玻璃纤维复合材料和碳纤维复合材料。其中新型玻璃钢叶片材料因为其比强度和比刚度上的优越性以及其耐腐蚀、耐高温、易成型及格较便宜等优点成为了风力机叶片的主流材料;另外,碳钢混搭,即碳纤维和玻璃纤维混合技术,使得叶片在较低成本的基础上拥有较好的性能。此外开发新的生物质复合材料在大型叶片中的应用将成为一个重要的研究方向 。

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