碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用.pdf

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1、清洁能源CleanEnergy第24卷第5期电网与清洁能源Vol.24No.52008年11月PowerSystemandCleanEnergyNov.2008文章编号：1674-0009（2008）05-0053-05中图分类号：TM315;TB33;TQ342+.742文献标志码：A碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用罗永康1，李炜1，胡红12，李旺2,樊中力（1.东华大学纺织学院，上海201620；2.优利康达（天津）科技有限公司天津300112）ApplicationofCarbonFiberReinforcedCompos

2、itesinWindTurbineBlade11122LUOYong-kang，LIWei，HUHong，FANZhong-li,LIWang（1.CollegeofTextiles,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China;2.EulikindTianjingCO.Ltd.,Tianjing300112,China）ABSTRACT：Inordertoreduceper-unitwindpowercost,表1不同风叶尺寸、风机功率下的风电成本对比表turbinepoweriscontinuous

3、lyrising,whichleadtobiggerbladelength,sotheapplicationofcarbonfiberinwindturbinebladeis年份主力型号风机功率/kW风叶长度/m风电成本/(美元·(kW·h)-1)inevitable.Thispaperintroducestheadvantagesand199220012.00.30disadvantagesofcarbonfiberinwindturbineblade,andgivesthewaystosettlethem.199970022.02

4、00090025.00.06KEYWORDS:windturbineblade;windpower;carbonfiber20051500~2500（陆基）35.0~45.00.04reinforcedcomposite20053000~5000（海基）45.0~61.50.04摘要：为了降低风电单位成本，风机功率不断提高，随之叶片长度也不断增加，使碳纤维在风电叶片中的应用成为必然。介绍了碳纤维在风电叶片上应用的优势和不足，以及解决的叶片是风力机的关键部件之一，涉及气动、复技术途径。合材料结构、工艺等领域。叶片的长度和风机的功率成正比

5、，风机功率越大，叶片越长。对于500kW~关键词：风电机叶片；风力发电；碳纤维增强复合材料2.5MW的风力机，叶片长13.5~39.0m（丹麦LMGlasfiber公司制造）；660kW~1.65MW的风力机，叶1风力发电技术的发展片长23~39m（丹麦VestasWindSystemsAS制造）。在兆瓦级风电机组中，如1MW的叶片长31m，每片风电的价格和风机功率成反比，风机功率越重约4~5t；1.5MW主力机型风力机叶片长34～37m，大，单位发电成本越低（表1）。随着现代风电技术的每片重约6t；目前商业化风力发电所用的电机容量发

6、展及日趋成熟，风力发电机组研究沿着增大单机一般为1.5~2.0MW，与之配套的复合材料叶片长度容量、减轻单位千瓦质量、提高转换效率的方向发大约32~40m，重6~8t；现代的54m大型叶片重l3t。展。上世纪80年代早期到中期，典型的风电机组单现今世界上最大5MW的风力发电机的叶片长61.5m，机容量仅20～60kW；90年代初期，增加到500kW；单片叶片的质量接近18t，旋转直径可达126.3m。90年代中期，为750kW~1MW；90年代末，已达到叶片也是风机中成本最高的部件，虽然它的质2.5MW；目前世界平均单机容量为1MW，

7、最大单机量不到风机质量的15%。却占风机成本的15%～容量为5MW。预计2010年将开发出单机容量为20%。风叶类似于航空叶片，要求提高“提升比”10MW的风电机组。（Lift-to-dragratio），并且其提升特性不易受叶片表清洁能源CleanEnergy54罗永康等：碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用Vol.24No.5面污染和粗糙度影响。从结构考虑要求叶片有较厚（2）德国叶片制造商NordexRotor新制造的56m的叶型。叶片要经受20a应用，以经受风力造成的疲长，5MW风机叶片的整个梁结构也采用了碳纤维，劳次数达10

8、8他们认为叶片超过一定尺寸后，碳纤维叶片的制作（也有以500万次作标准）作标准。随着风机功率的增加，风叶尺寸也相应增加。表1所示为成本并不比玻璃纤维的高。不同年份风机功率、风叶尺寸和风电价格的变化（3）VestasWin