风力发电机组叶片材料综述
茅靖峰1 倪红军1
联系人：吴国庆。 作者简介：陈亚君(1987一)，女。在读硕士，主要研究方向为垂直轴风力发电机。 基金项目：江苏省专项引导资金项目(BE2008074)；江苏省科技支撑计划项目(BE2009090)；南通大学研究生科技创新计划项目(YKC09011) 展趋势[6]，质量也随之不断增大，对叶片材料的要求也越来越 随着风力发电机功率的不断提高，风机叶片呈大型化发 2主流叶片材料 性能不佳[s]。因此，这类叶片也没有得到广泛地使用。 能做到从叶根至叶尖渐缩的叶片，而且铝合金叶片的抗疲劳 计要求的扭曲进行扭曲加工，但关键技术问题尚未有突破，不 工艺便可制成等弦长叶片，工艺简单，可连续生产，又可按设 铝合金密度较低，常用于制造等弦长叶片，通过挤压成型 加工成扭曲形状，慢慢被其它材料替代。 料L4j。但是由于它的密度较大，抗疲劳性能差，易腐蚀，难以 按照翼型的形状来成形，曾经被认为是风力机叶片的首选材 合金钢因为其价格低廉，易加工成细长的形状，并且可以 它材料代替。 片L3j。随着其它叶片材料的探索及发展，木质叶片逐渐被其 其不易做成扭曲型，大、中型风力发电机中很少用木制叶 木制叶片曾应用于近代的微、小型风力发电机中，但由于 到大范围的使用。 要南木材、钢材或铝材制成，这些材料都由于种种原因没有得 由于技术发展的局限性，20世纪70年代的风力机叶片主 1传统的叶片材料 来高性能、高性价比叶片材料的应用奠定基础。 片材料的应用，目的在于探索风机叶片材料的发展趋势，为未 片材料的探索应用经历了漫长的时期。本文通过分析各类叶 材料来源广泛、价格低廉等优点。人们对高性能、低成本的叶 电成本起着重要的作用。作为风力机叶片材料，必须具有原 因此，叶片的设计和选材对提高叶片的综合性能、降低发 着重要的作用，其成本占了风机设备的20％～30％[2]。 重要因素，它的设计与选材对风力发电装置的性能与功率起 发电装置最关键最核心的部件，是保证机组正常稳定运行的 置，它包括风力机和风力发电机两大部分[1]。叶片作为风力 风力发电机组是一种将风能转换为电能的能量转换装 国风能发电增长了39％，欧洲风能发电增长了23％。 15万MW的目标。2009年印度风能发电增加了1270MW，美 发电能力的1／3，预计在2020年前就能达到超过风能发电量 风能发电增长了31％。中国风能发电电量翻倍，占世界风能 resonanetic 发电装机容量达到3．75万兆W，相当于23台EPR(electron 风能协会和全球风能协会发布的数据显示，2009年全球风能 发电已成为世界各国密切关注的对象。2010年2月3日欧洲 由于全球气候变暖以及石化能源资源的急剧减少，利用风能 风能是一种可再生的清洁能源，它蕴量巨大，分布广泛。 turbine，blade，composite wind words Key material epoxy reinforced carbon used widespread replace gradually will for resin vinyl reinforced performance，carbon good and technology cost-effective high had occurred，by fans large-scale as materials．Described blade fan use materials，outlines composite composites，carbon fiber glass of use principal current blades，and blades，aluminum blades，steel wooden the introducing By Abstract 226300) Co．，Ltd．，Nantong Iron 2．Ductile 226019； University，Nantong Engineering，Nantong Mechanical of (1．College Lixin2 Chen Jingfen91 Mao Yan91 Cao Hongjunl Ni Guoqin91 Wu Yajunl Chen material blade fan of Research 关键词风力机，叶片，复合材料 优点，将逐步取代目前普遍采用的碳纤维增强环氧树脂材料。 了风机叶片材料的研究及使用情况。阐述了随着风机的大型化，碳纤维增强乙烯基树脂因具有性价比高、工艺性能好等 摘要介绍了木质叶片、合金钢叶片、铝合金叶片，以及目前主要使用的玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料，概述 2．通州市四安镇球墨铸铁有限公司，南通226300) (1．南通大学机械工程学院，南通226019； 陈立新2 曹阳1 吴国庆¨ 陈亚君1 ·37· No．9 V01．38 MATERIALS CHEMICAL NEW 化工新型材料 2010年9月 第38卷第9期
修稿日期：2010-06—25 收稿日期：2010-05—28 (8)：41—41． rlo]乙烯基树脂成为风机叶片新趋势[J]，工程塑料应用，2009， 工文摘，2009，(1)：17—18． [9]顾超英．碳纤维复合材料在航空航天领域的开发与应用I-J]．化 应用[J]．工程靼料应用，2008，(9)：47—49． [8]廖子龙，乌云其其格．环氧树脂／玻璃纤维复合材料性能研究与 口]．广州化学，2006，(3)：45-50． [7]冯健中，游长江，鲁光．不饱和聚酯／玻璃纤维复合材料的研究 源，2008，(2)：90-92． [6]陈绍杰，申振华，徐鹤山．复合材料与风力机叶片[J]．可再生能 能，2007。(4)：37-38． [5]黄晓东，江泽慧，孙正军．风机叶片的发展概况和趋势[J]．太阳 农村牧区机械化，2009，(2)：39-42． [4]王丽丽，田德，王海宽，等．风力发电机组风轮的叶片材料[J]． 服务平台。2005． [3]张蓓文．风力发电机叶片材料的技术发展路线[R]．上海情报 氯碱，2009，(4)：31—31． 风机叶片：乙烯基树脂比环氧树脂更能降低风电成本[J]．江苏 [2] 2009．49—53． [1]宋海辉．风力发电技术及工程[M]．中国水利水电出版社． 参考文献 的探索及研究，大规模使用这些新材料则是指日可待。 对环境要求的严格，以及对更多性能好、无污染的叶片新材料 步替代环氧树脂成为风机叶片材料的首选。但是，随着人们 脂在叶片上应用研究的深人，在不久的将来乙烯基树脂将逐 基树脂可降低叶片成本、工艺性好等的优点，随着对乙烯基树 使用的材料，碳纤维增强环氧树脂性能较好，但是考虑到乙烯 树脂、玻璃纤维增强环氧树脂和碳纤维增强环氧树脂是普遍 的复合材料，是风机叶片材料的首选，其中玻璃纤维增强聚酯 段。目前，随着风机的大型化，具有体重轻、比强度高等优点 叶片材料经历了木制叶片、合金钢叶片、铝合金叶片等阶 4总结 低单位电量的成本目的。 具有质量轻的优点，这样叶片可以做的更长，最终可以达到降 命得到了大大的提高。除此之外，WindStrandTM增强材料还 中表现出一种很高的水平，同时使得风能利用率和风力机寿 疲劳寿命提高了10倍，这一特性使得风轮在叶片偏航和抗风 (上接第38页) ，●，'I'，’，，●'''’'’'’’，，'''’’''’'●，’'’'’'，’’●'，''''，’，，，，’'’，'’’，’’，，'，''’’''’，'●''，，，'●●’’'，’'''' 收稿日期：2010—06-10 Commun，1998，28(2)：347 ce(OTf)4[J]．Synth thiiranes opening stereoselective efficient，RegioF．Highly M，Shiriny N，Shekarriz [35]IranpoOr 3730． Lett，1996，37(21)：3727— A2[J]．Tetrahedron diolmycin of(+)一 synthesis enantioselective indole．An epoxides reaction pressure catalyzed (III)trifluoromethanesulfonate Y N，Ochi M，Shimomoto H，Teraguchi [34]Kotsuki Trans，1994，(1)：2597—2601． Perkin Soc Chem amines[J]． epoxides opening ring pressure-mediated high Y．Ytterbium N，Yamamoto M，Asao [33]Meguro Lett，1994，35(3)：433—436 ron 1，2-epoxides[J]．Tetrahedaminolysis catalysts new effective extraordinarily nide(III)trifluoromethanesulfonates L F，Pineschi L，Macchia P，Favero M，Crotti [32]Chini 2006，102(3)：2086-2093． Science， Applied initiators[J]．Journal 4-Methyl一1．3-dioxolan一2一one resins epoxy mixtures Salla．Curing Cervellera，Xavier [31]Roser Journal，2008，44(5)：1535—1547． initiators[J-]．European cationic ytterbium nuln lantha— Meldrum mosets ther— Maria Ramis，Josep Gonzdlez，Xavier Lidia [303 1239． Science，2008。46(4)：1229一 initiators[J-]．Journal acids Lewis several with nonane-5，9-dione 8-dioxaspiro[3．53 7，7-dimethyl-6， curing obtained sets poly(ether-ester)therrno— Ramis．New [29]Lidia 319-331． Coatings，2006，57(4)： Organic anesulfonate[J]．Progress trifluromethIII erbium catalyzed system cured acid drum epoxy-Mel— an properties J．Antieorrosive s cia [28]Gar Science，2007，45(10)：1968-1979． characteristics[J"]．Journal physical processes chemical Study shrinkage．L in improvement 、an with 7-caprolactone w A bisphenol ether diglycidyl tion copolymerizacationic the by obtained thermosets Salla．New Maria Ferndndez-Francos，Josep Gonzdlez，Xavier Servando [273 2004，42(15)：3782—3791． Chemistry， A：Polymer Polymer Joumal 7-butyrolactone[J]． mation for— Mas．Influence [26]Cristina m01．Chem．Phys，2001，202(12)：2554—2564． resins[J3．Macroepoxy eyeloaliphatie i‘ni—tiators cun’ng Serra．Study Mas，Angels [25]Christina met，2000，41(24)：8465—8474． DGEBA[J]．Polyfor initiators curing new as，Ramis triflates thanide lan— Stterbium Xantha— M，Suay Jith A，Salla M，Serra P，Gald [24]Castel Chemistry，2004，42(15)：3782—3791． A：Polymer Science：Part Polymer rolactone[J3．Journal rbutyand DGEBA from networks formation ontudy compounds triflate lanthanide of Mantee6n．Influence Mas，Aria Cristina [23] 第38卷 化工新型材料 ·144·