风机叶片新型材料的研究进展

    二十一世纪的前十年可以说见证了能源革命的开始,风能是其中关键的一部分。
    随着风力发电机额定功率的增大,风机叶片的增长,风机叶片的重量和和费用随着尺寸的增加也迅速的增加。风机叶片越大,降低重量越有必要,从而降低风机及叶片在运行时的压力。降低风机叶片重量对风机的其他部件也有积极的影响,较轻和/或更有效的风机叶片可以降低对轮毂和塔架的要求,从而降低整机的成本。
    单凭经验计算,叶片重量的增加是叶片长度增加的三次方,但是由于设计、原材料和加工过程的改进,商业用叶片重量的增加实际是长度增加的2.3次幂,风机叶片制造商一直致力于通过寻求新的设计方案和提高材料的性能降低这个指数。
    早期的叶片制造技术一般采用手糊工艺、开模成型,原材料为聚酯树脂基体与玻璃纤维复合而成。目前新型的制造技术例如树脂注射成型和真空袋以及原材料的改进已经大大提高了叶片重量的优化设计。
    欧文斯科宁目前已经成功开发出了新一代增强型玻璃纤维,该增强型玻璃纤维可以在不增加成本的情况下提高叶片的性能。
    虽然一些商业用大型风机叶片(例如,适合于4.5到5兆瓦风机的56.5和61.5米长的叶片)采用碳纤维/玻璃纤维杂化材料,同时也有一些4到4.5兆瓦的商业用风机叶片采用环氧/玻璃纤维为原材料。欧文斯科宁公司的WindStrand产品为该范围内(甚至更大的风机)的风机叶片又增加了一种可供选择的原材料。
    WindStrand原材料可以提高叶片的硬度和强度,使叶片具有良好的抗疲劳性能,从而可以提高叶片的抗风性能,增长叶片的寿命,提高叶片的能量转换率。初步对WindStrand进行研究表明,与传统的E-玻璃纤维相比,增强型WindStrand可以使叶片的重量降低10%,从而终可以降低风电的成本。