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碳纤维在风电叶片中应用的优势

导读: 碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%,强度大40%,尤其是模量高3至8倍。大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。

  (1)提高叶片刚度,减轻叶片重量

  碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%,强度大40%,尤其是模量高3至8倍。大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。荷兰戴尔弗理工大学研究表明,一个旋转直径为120米的风机的叶片,由于梁的质量超过叶片总质量的一半,梁结构采用碳纤维,和采用全玻纤的相比,重量可减轻40%左右;碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的两倍。其他的研究也表明,添加碳纤维所制得的风机叶片质量比玻璃纤维的轻约32%,而且成本下降约16%。

  (2)提高叶片抗疲劳性能

  海上风电系统风机总是处在条件恶劣的环境中,并且24小时的处于工作状态。这就使材料易于受到损害。相关研究表明,碳纤维合成材料具有出众的抗疲劳特性,当与树脂材料混合时,则成为了风力机适应恶劣气候条件的最佳材料之一。

  (3)使风机的输出功率更平滑更均衡,提高风能利用效率

  使用碳纤维后,叶片重量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能,减少对塔和轮轴的负载,从而使风机的输出功率更平滑和更均衡,提高能量效率。同时,碳纤维叶片更薄,外形设计更有效,叶片更细长,也提高了能量的输出效率。

  (4) 利用导电性能避免雷达击

  利用碳纤维的导电性能,通过特殊的结构设计,可有效地避免雷击对叶片造成的损伤。

  (5) 降低风力机叶片的制造和运输成本。

  由于减少了材料的应用,所以纤维和树脂的应用都减少了,叶片变得轻巧,制造和运输成本都会下降。可缩小工厂的规模和运输设备。

  未来碳纤维在风电市场的潜力:

  目前世界风力发电进一步向大功率、长叶片方向发展。由于风力发电单位成本随风力发电的单机功率的增大而降低,因此从安装第一台现代化的风力发电装置起单机功率一直增长、叶片的长度也在不断增长,这给碳纤维带来更大空中。现在风力发电机叶片长度达到50米已经不稀奇,风力发电叶片最大制造商LM ,GLASFIBER公司已关闭了专门生产长度在24米以下的叶片厂。

  于风力发电向大功率、长叶片方向发展,除了要求提高改进材料的性能,对转子叶片也不断提出更新设计要求,进而又对材料提出新要求。当然碳纤维复合材料在风力发电上的大量采用,也面临价格的压力。叶片中心针对我国大规模发展海上风力发电的需要,瞄准未来世界风电技术的发展方向,紧密围绕我国大规模风能利用需要解决的主要科学问题,开展涉及风力透平叶片的基础理论研究,将是我国风电开发领域的技术突破点。

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