碳纖維在風(fēng)力發(fā)電機中的應(yīng)用
- 最后修訂: 2010-07-07
碳纖維在風(fēng)力發(fā)電機中的應(yīng)用
當(dāng)葉片長度增加時,重量的增加要快于能量的提取,因為重量的增加和風(fēng)葉長度的立方成正比,而風(fēng)機產(chǎn)生的電能和風(fēng)葉長度的平方成正比。同時隨著葉片長度的增加,對增強材料的強度和剛度等性能提出了新的要求,玻璃纖維(高溫纖維)在大型復(fù)合材料葉片制造中逐漸顯現(xiàn)出性能方面的不足。為了保證在極端風(fēng)載下葉尖不碰塔架,葉片必須具有足夠的剛度。減輕葉片的重量,又要滿足強度與剛度要求,有效的辦法是采用碳纖維增強。
國外專家認(rèn)為,由于現(xiàn)有材料性不能很好滿足大功率風(fēng)力發(fā)電裝置的需求,玻璃纖維復(fù)合材料性能已經(jīng)趨于極限,因此,在發(fā)展更大功率風(fēng)力發(fā)電裝置和更長轉(zhuǎn)于葉片時,采用懺能更好的碳纖維(多晶莫來石纖維)復(fù)合材料是勢在必行。根據(jù)國外有關(guān)資料報道,當(dāng)風(fēng)力機超過3MW、葉片長度超過40米時,在葉片制造時采用碳纖維已成為必要的選擇。事實上,當(dāng)葉片超過一定尺寸后,碳纖維葉片反而比玻纖葉片便宜,因為材料用量、勞動力、運輸和安裝成本等都下降了。
國外碳纖維用于葉片制造的廠家主要有:
(1)丹麥LM Glassfiber“未來”葉片家族中61.5米長、5MW風(fēng)機的葉片在梁和端部都選用了碳纖維。
(2)德國葉片制造商Nordex Rotor公司。
(3)Vestas Wind System公司 在他們制造的44米長、V-90 3.0 MW風(fēng)電機中的葉片的梁采用了碳纖維。2004年12月Zoltek Companies Inc.宣布與Vestas wind Systems AS公司訂立長期戰(zhàn)略合同,在前三年提供價值8千萬到1億美元的碳纖維(高溫纖維)用于制造風(fēng)機葉片;Zoltek Companies公司宣布對NEG Micon的碳纖維合同將從每年150噸增加一倍。同時每年分別向Vestas和Ganesa各提供1000噸,所用牌號為Panex33 48K。
(4)西班牙Gamesa在他們旋轉(zhuǎn)直徑為87米(G87)和90米(G90)2MW的風(fēng)機的葉片中采用了碳纖維/環(huán)氧樹脂預(yù)浸料,G90葉片長44米,質(zhì)量約7噸。
(5)NEG Micon在40米的葉片中采用了碳纖維。
(6)德國Enercon 公司在他們的大型葉片的制造中也使用了碳纖維。
華盛頓的Kirkland公司收到美國能源部(U.S.Department of Energy )的75萬美元,作為研發(fā)資金,和TPI Composites公司合作,發(fā)展碳纖維風(fēng)機葉片,以求得最大的能量獲得,同時減輕風(fēng)機的負(fù)載。方案通過對30-35m長葉片的設(shè)計,制造和測試以證明先進的碳纖維混編設(shè)計的商業(yè)可能性。 碳纖維(多晶莫來石纖維)在風(fēng)葉中的應(yīng)用正在逐年增加。