界风能及其叶片材料发展概况与趋势.pdf

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1、第二十八卷第五期2 0 0 3 年1 0 月高科监许椎与庄用H i _ T e c hF i b e r A p p l i t i o nV 0 1 2 8 N 0 5o c t。2 0 0 3世界风能及其叶片材料发展概况与趋势罗益锋(全国特种合成纤维信息中m，北京1 0 0 0 2 5)摘要：简述了世界风能及其风力发电叶片和材料的发展概j R 和趋势，提出了我国的差距和禾采发展的建议关键词：风能：叶片材料；发展概况：趋势中图分类号T K 8 3文献标识码A文章编号：1 7 _ 9 8 1 5(2 呻3)0 S _ 0 0 0 l 一0 7引言风能即风力发电，较早是由美国大风力发电厂c h

2、a r l e sB r u s h 公司于1 8 8 7 年实现的，所用叶片为庐1 7 m，可产生1 2 k w 的电能，而令正在开发的世界最大的风能叶片为j 5 1 2 3 m，可以产生5 M w 的电能，并将进一步开发6 M w 的更大风能涡轮机。作为叶片的材料，随着其叶片的大型化，由最初的木制品逐步过渡到玻璃钢，而今采用碳纤维复合材料(c F R P)的超大型叶片的发电机组正在蓬勃兴起。风能所占的比例至2 0 0 2 年底约为世界总电能供应黉的0 4，到2 0 1 0 年预期将增加2 0 倍，而至2 0 2 0 年将达到世界总电能供应量的1 2“。影响风能发展的主要因素为：政府的环保政

3、策，阑为到2 0 2 0 年全球所排放的c 0 2 将达到I 1 7 68 t o”t，势将危害人类生存的环境，包括导致地球臭氧层的破坏和产生温室效应；绿色和平组织的推动；叶片材料的开发，主要朝大型化和轻量化的方向发展，因为考虑到风速随叶片的放置高度恒速增加，一般须置于高混凝土或钢制塔上，因此质量太大不仅安装难度大，而且不利于大型化和高效发电，为此除选用c F R P外，一般还要采用三明治型的复合结构材料，内层夹有铝或芳酰胺纤维、碳纤维的蜂窝结构材料；风能的价格是至关重要的因素，采用大型c F R P 等叶片虽然发电效率高和成本低，但一次投入大，所以在碳纤维生产规模还不够大、价格较贵的情况下，

4、现多采用碳纤维和玻璃纤维的混杂复合材料”I。以下具体详述风能及其关键材料的发展概况和今后的发展趋势和展望。1风能发展概况和趋势风能目前被认为是可再生能源中最具活力的一种。根据丹麦B T M 咨询机构的看法，它有可能改变人类长期依赖于地下挖掘的矿物和核燃料。到2 0 0 2 年底世界累积的风力发电设备导入量为6 1 1 0 4 台，总发电容量为3 2 1 07 l【w，今后每台设备的发电量将由5 0 0 一7 5 0 k w 扩大至10 0 020 0 0 k w。据B T M 预测，到2 0 0 7 年间如无意外事件发生，今后5 年的总需求量为5 1 1 0 4 Mw。年均增长率为1 1 2，

5、即到2 0 0 7 年底风力发电总能力累积将达到8 _ 3 x 1 0 4 M w，其一1 15 8 1 0 4M w 是在欧洲，而2 0 0 2 年底的世界总能力为3 1 1 27 1 0 4j w 中，欧洲占”，美国占1 5，其余为1 0，具体按国别的风电能力如表l 所示。到2 0 0 7 年后其年增长率将加速，这是由于风能的经济性将获得改善，可以灵活的方式递交京都承诺书以及电力消耗将增加所致。到2 0 1 2 年其年装机容量可望达到2 4 1 0 4M w，届收稿日期：2 呻3 1 0 0 7；修定日期：2 0 0 3-1 0-1 5作者简介：罗益锋(1 9 3 7-)，男，浙江宁波人，

6、教授级高工，副所长、主任，兼任国家高性能纤雏攻关专家组副组长，主要从事高科技纤雏曲信息、技术研究。万方数据2 高科盐许谁岛应用第二十八卷*2 0 0 1 年底和2 帅2 年底问的差额为67 3 8 M w。1 3 0 M w 的偏差是由于在丹麦(1 6 6 M w)、荷兰(1 5 M w)和英国(9 M w)耒交付使用。时总发电能力将达到1 7 7 10 5M w，这样风能将发展。世界大型风力涡轮机市场据预测将以年均渗入世界总电力市场的2，到2 0 2 0 年预计将扩2 4，3 的速率增长，到2 帅7 年将达到1 6 1 0”大至1 2。美元，其中新建的大型风力发电能力将占当年世风力发电的电价

7、在近2 0 多年来也呈喜剧性界已建装置的2 4，这是商业通信公司(B B c)的F 降，从1 9 8 0 年代初的3 0 美分l w h，下降至的预测”。2 0 0 1 年的4 美分k w h，有少数的长期合同则以3M w 级或更大型的涡轮机现由丹麦、德国、美分，k w h 签约。这说明随着科技和新材料的发印度、意大利、日本、西班牙和美国生产。在海展，其电价正逐步朝可接收的方向发展，这就是岸线投资的项目，大体在l 1 0 6 2 1 0 6 美元左埘能有发展前途的重要原因，冈为顾客愿为环境右，在未来5 a 内数十G w 级的风能项目将投入效益而额外付出是有限度的。运行。根据美国风能协会(A w

8、 E A)介绍，目前由2风力涡轮机及其材料的发展概况于天然气费用上涨，现美国每天缺少9 1 0 6 1 2和趋势l0 7m，的天然气，因此只能靠风能来缓解。据称在未来4 a 里美国的风力涡轮机群每天将能生产2 1风能涡轮机相当于9 x 10 6m s 的天然气。如果天然气的价格总的来说，风力涡轮机正朝着大型化的方向在4 美元，k w h 的范围则美国经济上具有竞争力鼗碳纤维补强片材杭州索奇先进复材公司0 5 7 1-6 3 3 3 1 3 3 8 羹 万方数据第五期罗益锋：世界风能及其叶片材料发展概况与趋势3 的风能约为6 1 0 5M w 的范围”】。最近，美国德克萨斯风场已将1 6 0 台

9、风力涡轮机的供应订单合同交给了日本三菱重工公司。这项新设计预期将有助予该场多生产比一般用较小风力涡轮机的风场约1 5 的年产电力”1。技术的不断改进和涡轮机朝经济规模的发展，无疑将降低风能价格并推进其发展，因此风力涡轮机正由l M w 向2 5 M w 方向发展，将来预期将达到5 6 M w。目前风力发电叶片的生产厂家约有9 5 的市场掌握在1 0 家大型风力涡轮机供应商手中，另有1 5 家较重要供应商占有其它5 的市场份额。到2 0 0 2 年为止，全球最大的供应商为丹麦的V e s t a sw i n ds y s t e m s 公司，约占世界2 2 的市场份额，其次是德国的E n e

10、 r c o n 公司占1 8 5，接着是丹麦的N E GM j c o n、西班牙的G a m e s a、美国的G E w i n d、德国的R EP o w e r 和西班牙的E c o t e c n i a 公司，它们的市场占有率在快速增长”4。2 2 风力涡轮机叶片材料在风能装置中，采用复合材料的部件有叶片、发动机舱室、流线形抛物面和塔的部件等，其中用量最大的是叶片。典型的3 1 m 叶片重约4 5 t，而现代的5 4 m 大型叶片重1 3 t。自1 9 7 8 年以来，采用高模量(L G)玻璃纤维的叶片已生产了6 8 l0 4 t。美国到2 0 2 0 年的目标将兴建8 1 0

11、4M w 的风能装置，约需要7 1 0 5 t 的叶片，总价值约为7 1 0 5 亿美元。到2 0 0 5 年间每年约需8 1 0 4t 的复合材料用于风能”l。至于叶片的主要材料，般较小型的叶片(如2 2 m 长)选用量大价廉的E 玻纤增强塑料(G F R P)，树脂基体以不饱和聚酯为主，也可选用乙烯酯或环氧树脂，而较大型的叶片(如4 2 m 以上)一般采用c F R P或c F 与G F 的混杂复合材料，树脂基体以环氧为主。以下分别予以介绍。221 玻纤和G F R PG F R P 的比强度和比模量、耐久性、耐气候性和耐腐蚀性，足以用于户外的结构材料。在l 4 世纪以前，短切纤维网片(c

12、 s M)和连续无轨网片已引起了早期风力叶片模塑者的兴趣，因为这些产品有助于开模和采用当时普遍应用的手工湿铺法。这些方法所需投资少、劳动技能要求适度，因此迄今为止仍在使用，尤其对较小的叶片。但是玻纤也已被新的工艺技术所采纳，因为叶片生产厂家己转向密闭模塑、树脂浸渍和高温高压压力容器的方法，这些方法是由航天工业输入的。今天玻纤可以c s M、c R M、粗纱(可短切用于铺层用途)、单向或多轴向缝编和机织物、预成型体、预浸料和半预浸料购得。连续长丝束是织物的基础，其中可达到特定的纤维取向，并在承载方向达到最大强度。最近P P GT 业公司推出了改进型的c s M(M P M-5)，据介绍它在处理过

13、程、图形剪裁及铺层过程更易于控制，o w e n sc o r n i n g 公司则提供高性能的单向和多轴向织物，多轴向织物的机械性能要比单向织物高2 0。D e v o I dA M TA s 公司可提供缝编的多轴向“P a r a m a x”织物，包括E-玻纤、碳纤维、芳酰胺纤维、涤纶及其混杂纤维织物，从4 5。双轴向到三或四轴向的织物。J o h n sM a n v m e 公司也提供多轴向织物用的粗纱。玻璃纤维的质量还可通过表面改性、上浆和涂覆加以改进。美国的研究表明，采用射电频率等离子体沉积去涂覆E-玻纤，其耐拉伸疲劳就可达到碳纤维的水平，而且经这种处理后可以降低能实际上导致损

14、害的纤维问微振磨损。随着叶片制造商向密闭式模塑和树脂浸渍法过渡，预成型体变得越来越重要，例如美国3 T E)沂P I 复合材料公司已可生产厚的三维(3 D)网状预成型体，以定好尺寸直接置于叶片模型中。在该3 w E A 工艺中，在标准两维(2 D)x 和Y 方向的非卷曲纱线，被垂直(z 方向)而且直的丝束保持在一起。这样就不存在任何卷曲和缝编，可以在压缩过程中减薄层压制品或在浸渍过程中阻碍树脂流向预成型体。通过以4 5。角进行多维编织整合，看来是下一步的技术革新。2 22 碳纤维和c F R P一些人认为，在风能产业中引入碳纤维工艺是“奇特”和昂贵的，如果可能应尽量避免。但是许多结构方面的工程

15、师确信，由于自然的规模法则显示当叶片长度增加时，质量的增加要快于能量的提取，因此碳纤维或碳纤维玻纤混杂纤维的采用对抑制质量的增大是必要的。同时为了降 万方数据4 一高斟拉轩讴与应用第二十八卷低风能的成本，发展具有足够刚性的更长叶片也是必要的，而碳纤维的刚性约为玻纤的3 倍。现c F R P 轴已应用于转动叶片端部，因为制动时比相应的钢轴要轻得多。尽管1 5 M w 和小于它的某些叶片采用全碳纤维结构，但c F R P 进入大型叶片似乎也是逐步进行的，先由高剪切的元件开始。在应用于叶片表面以前，通常用于刚性的叶粱元件。它还可有助于降低叶片端部附近的柔曲性，同时在层压制品中碳纤维只需5 层因而可减

16、轻质量。混杂层压材料也是目前的研究课题，由s a n d j a 国家实验室所创建的T H 复合材料公司和G l o b a IE h e r g yc o n c e t pL L c(G E c)公司所进行，目的是生产和评价9 m 样品的碳纤维G F R P叶片。这样将组合入偏轴的碳纤维以提供扭曲的联轴器及正常的、翼展方向的非取向碳纤维。G E c 希望此项研究工作将导致尔后的工程建设，以展示在3 0 3 5 m 长范围内先进的碳纤维混杂叶片是可以生存和发展的。L M 玻纤公司和荷兰D e I f t 技术大学所进行的研究为示，对1 2 0 m 的海岸旋转叶片而言，由于一只叶片翼梁约为叶片

17、总质量(和成本)的1 2 以上，因此翼梁采用碳纤维，环氧树脂复合材料与全玻纤结构相比可降低叶片质量约4 0。这些研究人员还提出，碳纤维的较高价可以由于叶片更轻而得到更多的补偿，因为这意味着旋翼叶壳、传动轴、平台及塔罩也可轻量化，这将导致总体上对涡轮机系统成本的节约。该大学确信沥青基碳纤维能以有竞争力的价格提供轻而又具有刚性的叶片。目前美国z o L T E K 等供应商正在支持开发沥青基碳纤维，以期早日在价格上达到人们的心理障碍1 1 0 3 美元，k g 的水平。由于选用了廉价的原丝，加上以低价的土地进行大规模生产，现似乎已达到1 5 4 4 美元，k g 左右，预期随着将来进一步的进展将有

18、望低于该值。纵然，从一开始就为碳纤维设计结构和工艺是很重要的，例如采用较少的材料(当导入碳纤维后)就意味着许多部件可以减薄，并可以较低的负荷扣紧。垂度的敏感性可以通过增加三明治板的芯部厚度加以解决。采用大丝束碳纤维在压缩性能方面可能是个课题，特别对机织物，有人提议采用直的非卷曲纤维并用无气泡的树脂固定之。c F R P 比G F R P 更具刚度和更脆，一般被认为更趋于疲劳。然而L M T uD e l f t 的研究结论是只要注意生产质量的控制以及材料和结构的几何条件，就可足以保证长期的耐疲劳。此外，碳纤维比玻纤还有更重要的特点，就是可避免叶片自然频率与塔暂短频率间发生任何共振的可能性，因为

19、碳纤维有振动阻尼特性。碳纤维对超大型叶片的质量贡献，恐怕是没有疑问的，其应用已远远超出试验和样机的范围，采用碳纤维叶片横梁和外部分的足尺叶片现正在建设之中。另一个碳纤维的适用例是单向碳纤维以2 0 3 0。角偏离叶片轴取向，据s a n d i a国家实验室介绍它可提供优于同样配置玻纤叶片的弯扭偶联的水平。在日本，政府正在推广绿色能源的“阳光计划”，到2 0 1 0 年风力发电的目标为3 1 0 6k w。为了提高发电效率，有必要实现叶片大型化，并提高自动偏向装置和旋转速度控制装置的功能。目前三菱重工已接受两项订货，为冲绳的新能源开发制作20 0 0 k w 的大型风能机组，采用三叶型涡轮机，

20、叶片长为3 6 m，达到毋8 0 m；为美国德克萨斯州的布拉卓斯风场提供l0 0 0 k w 共1 6 0 台风能涡轮机，每台风车约6 0 m，塔高约7 0 m，最高约1 0 0 m，总发电量为1 6 1 0 4k w。对l0 0 0 k w 的叶片，一只重4 5 t，一般多使用3 片，为此每台需1 2 一1 5 t，而20 0 0 k w 的叶片，每片7 8 t，每台需2 1 2 4 t，必须采用c F R P 或c F 与G F 的混杂复合材料”】。欧洲以海上风力发电为中心正在不断增长，其中丹麦将风力发电作为国家项目，拥有象N E GM i c o n、V e s t a s 和B o n

21、 u s 等世界性的风力发电厂，其中还拥有20 0 0 k w 涡轮机8 0 台的世界最大风场，风力发电的份额已占1 4。预期今年年中7 5 台20 0 0 k w 大型风场及7 2 台22 0 0 k w 的大型风场己投入运行，这样风能所占的比例已上升至2 0。223 预浸料目前风能用的碳纤维、玻纤及两者的树脂预浸带和预浸布都可以购得，包括单向带、丝束和条状物，还有多维机织、缝编和编织的2 D 和3 D 万方数据第五期罗益锋：世界风能及其叶片材料发展概况与趋势一5织物。预浸料技术也适于风力涡轮机叶片部件，玻纤预浸料看起来是扩展G R P 所包含性能的关键，以适应作为取代导入碳纤维的较大型叶片

22、的尺寸。例如，N o r d e x 公司就曾报道过用于4 5 m长或更长的新一代叶片用的预浸料。L M 玻纤公司也证实了用于其5 4 m 全玻纤叶片的材料形式是合格的，而其正在开发的主要为玻纤的6 1 5 m 叶片也将采用此技术。由于超大型的叶片己为3 5 6 M w 海岸涡轮机用途而开发，碳纤维预浸料在风能方面似乎也变得更熟悉了。对复合材料供应商来说，风能市场的机遇之一就是需求量大，现H“c e I 公司已在奥地利的N e u m a r k t 兴建一条新的生产线以满足需求。该公司供应风能市场已长达1 0 a 之久，其用户包括V e s t a s、L M 玻纤、H i t c o、F

23、i b r e b l a d e、1 w T、E u r o s 和E n e r c o n。目前该公司生产玻纤、碳纤维及其混杂预浸料“H e x P I y”，据称其需求市场增长明显，包括厚达l5 0 0 叠，m 1 干玻纤的单向预浸料，适用于叶片横梁，以及9 5 0 一l2 0 0 9，m 2 的双轴和三轴预浸料，用于叶片壳及横梁，其它预浸料则最适于作切削工具的用途。目前玻纤仍占优势，但该公司相信碳纤维将越来越适用于叶片横梁特别是其顶部。该公司每年生产约20 0 0 t 碳纤维预浸料，现正与用户合作促使2 4 K 碳纤维预浸料新产品合格。据统计，2 0 0 2 年H e x c e I

24、 的复合材料分部在风能方面的应用己占欧洲业务的1 4 或全球业务的l O。在英国对碳纤维和环氧树脂特种s P 系统，其比例高达近8 0，其中大部分以碳纤维预浸料的形式提供，但是更适用“半预浸”技术，这一点用户愈来愈有兴趣。半预浸料是基于树脂膜与干玻纤或碳纤维增强体交叉叠层的，还包括经加工整理的膜。经加热或真空处理就使预催化剂处理的树脂向外表面迁移，因为只有树脂必须浸入材料的厚层，并快速而又透彻地浸润。采用s P R I N T 的制造厂商已能取得高质量而又无孔洞的层压制品，而在凝胶涂层夹带的空气最后是极少的，因为该材料在界面层会“呼吸”。其它供应半预浸产品的厂家有H e x c e l(H e

25、 x F l T，商标)、先进复合材料集团(玉P r e g)和c y t e cF i b e r i t e 公司。据H e x c e I 介绍H e x F l T 特别适合于涡轮机叶片的制造，因为它易于成型、可以铺厚、并生产无孔隙的层压制品。22 4 树脂树脂基体。般采用不饱和聚酯或环氧树脂，而乙烯酯、聚氨酯、甚至热塑性树脂也被采用。对于G F R P 长期占优势的聚酯类而言，现仍广泛被应用。尽管处于不断改进和以更好的配方作为目标。某些G F R P 叶片的制造厂商规定了性能更好的环氧树脂，而性能和成本在某些方面介于上两者之间的乙烯酯树脂也已被人量采用。c F R P则选用环氧树脂。

26、聚酯类的改进方向足增加其固化态的塑变性以达到抗微裂和更薄的目的，这样非常大的部件也可快速浸透。另一改进目标是优化固化的外形，缩短周期，在不影响性能综合平衡的情况下降低峰温。其它改进还有快速脱模、提高处理特性和快速固化。R e i c b h o I d 最近推荐了其“H y d r e x1 0 0 H T”，用于树脂和真空浸渍，这种乙烯酯树脂的低挥发性有机物(V o c)(苯乙烯3 5)是专为漫长而又可调的凝胶时间及低放热峰而设计的，它同样可提供优良的玻纤浸透性，其流速和满模速率高。A K z oN o b e IT h e r m o s e tc b e m i c a I s 公司则称

27、其不饱和聚酯树脂可减少凝胶时间的波动，并提供稳定质量的产品。环氧树脂被认为是更强和更耐久的基体，叶片制造厂商希望高性能的环氧树脂可在低温下固化，这样可避免采用高价的炉子和高压容器。固化时间和温度存在综合平衡问题。例如在工业生产上多数人认为1 0 0 一1 2 0 是最佳温度，典型的固化时间为4 6 h，采用高温可缩短时间，而在其它规模范围内产品可在7 0 或甚至6 0 下固化，聚合时间约8 h 或更长些。H e x c e l 复合材料公司最近推出的M“和M 儿5 树脂首次被开发用于环氧预浸料，它是低温固化和低放热型组份，因此可比以往产品的固化时间更快，在1 2 0可降至2 4 h，而在8 0

28、 为4 6 h。这种新型环氧树脂可以多层层压，可将玻纤和碳纤维同时固化，并可减少由于不同热膨胀共系数而造成的应力。另外，为了符合欧共体最近颁布的更严格的产品安全法规，该公司推出了新组份的环氧体 万方数据6-高科丝仟谁与应用第二十八卷系M 9 F，它适用于8 5 一1 5 0 的工艺温度，它不含有害的树脂或硬化剂成份。2 25 涂层涂层对提供光滑的空气动力学表面和防护叶片的抗紫外线降解、湿气侵蚀和风沙造成的磨蚀都是必不可少的。通常可采用聚酯、聚氨酯、乙烯酯或环氧基材，主要的要求包括它与许多层压材料的亲合性以期产生永久的键合、易于混合和处理、砂纸打磨处理和其它加工操作处理、快速固化和易于修理。s

29、c o“B a d e r 公司巧妙地处置其聚酯凝胶涂层，以满足快速固化、脱模和改进操作，并提供良好的性能和耐久性。H e x c e I 复合材料公司专为风能用途开发了两部分体系的凝胶涂层“H e x c t”，其两部分皆为触变型的，它比以往产品更易于混合。“H e x c o a t 0 2”在苛刻环境下的耐久性好，在耐黄变、拉伸强度、耐疲劳应变及耐磨性方砸优越，而“H e x c o a t 0 3”是一种无溶剂的修复涂层，干燥时间为6 0 一9 0 m i nos PS y s t e m s 的A d r i a nw i a m s 公司是s P x涂层的生产厂家，它开发了新一代的

30、涂层，可在脱模叶片过程中快速操作，包括快速固化、易于混合、具有更高的抗紫外光性等，与预浸料、半预浸料和浸渍层压材料的亲合性好。瑞典公司Ap l i c a t o rs y s t e mA B 为全球的叶片生产厂家提供高精度的混合和应用设备，用于加工包括凝胶涂层混合和喷涂、手铺和树脂应用及真空浸渍。对于凝胶涂层的叶片及其它部件，该公司的I P G2 4 H V 机是较为理想，而对最大型的叶片，I P G 帅0 0 凝胶涂覆机可提供高度的监控。对于采用手铺技术所生产的叶片，该公司提供其l P L 培0 0 0 树脂罗拉机，而对采用真空浸渍技术的制造商，该公司开发了V R J 一5 1 5 树脂

31、混合和真空浸渍机，它特别适用于制造树脂含量高达50 0 0 k g 的大型元件。A p l i c a t o rH P P2 5 0 0 机可解决用聚酯粘接糊料联接叶片。22 6 粘合剂粘合剂在风能产业中面临特殊的激烈挑战。值得注意的是联接两个半壳以在大型叶片上形成包覆层的粘合，不仅是最长时间被发现发的，而且也是缝隙填充质量的需要，因为紧密配准3 5 m多的长度可能难以保证。横梁也可以是粘接结构，而且还将与包层相粘合。芯部插入体也需要粘台，粘合剂必须承受外部的常规条件，而且随着日夜循环应长达2 5 a 无蠕变。v a n t i c o 公司的“A r a J d i t e”是由环氧和聚氨

32、酯两组份组成的，它具有不塌落、易泵输和快速低温固化的特性，适合于叶片的应用，其中x D 4 7 3 4 x D 4 7 3 5 环氧，硬化剂系统已广泛用于叶片生产。该公司还可提供聚氨酯和甲基丙烯酸酯基的粘台剂供修复用途。最近其A r a I d i t e2 0 1 5 已取得D N w 德国劳埃德的认证，用于复合材料和金属的粘合，例如将轻量的防护系统粘合到叶片上。s Ps y s t e m s 公司的环氧糊状粘合剂可应用于5 0 m m 的厚度而不产生垂度，它有可能适应一度程度的非同轴和在线型联接中不可避免的不均匀性的粘台，以使整个3 5 m 多长的叶片运行。s c o t tB a d

33、e r 公司为其C r e s t o m e r 的聚氨酯丙烯酸酯粘合剂研制各种添加剂，它在大型叶片中有助于耐剪切应力和剥离力。含短切碳纤维的粘台剂和晟好粘合促进剂也陆续开发出来，以满足这方面的需求。2 27 芯材芯部结构材料对三明治型表面结构和叶片内部包层及横梁都是需要的。质量好的泡沫芯密闭元件可提供综合特性，包括质量轻、高机械强度和刚性、高疲劳寿命和耐久性、良好的抗冲击和耐疲劳性以及低的寿命周期成本。D I A B 公司生产的芯材对几乎所有用于制造叶片、旋转器及其外壳的材料。都是有相容性的。它可用各种制造技术包括手铺、喷铺、真空袋、预浸料和树脂浸渍等都可进行加工。该公司愈来愈多为风能用户

34、提供现成部件，包括热成型的预切部件，它易置入模具的设计位置。这样既节省时间又省钱。由D I B A 提供芯材的叶片制造企业有L M 玻纤、M E GM k o n、E n e r c o n 和V e s t a s。例如V e s t a s 用该公司的D i v j n y c e uH p s 级的芯材置于玻纤预浸料层压材料中，就可达到适用于V 5 28 5 0 k w 叶片的高强高刚性翼结构。有一种高性能 万方数据第五期罗益锋：世界风能及其叶片材料发展概况与趋势7 的芯材是由德国R o h m 公司提供的，其中R o h a c e u(商标)聚甲基丙烯酰亚胺(P M l)是一种刚性的

35、1 0 0 密闭元件，各向同性的泡沫塑料可提供很高的强度质量比、突出的耐压缩蠕变和良好的耐火，烟，毒气特性。它可热成型且不含氟碳类(c F c s)和卤素。L a n t o r 公司生产无纺布芯材c o r e m a t(商标)。它特别适用j：发动机舱外壳和鼻锥形旋转器，其小刚性比强度要求更高，它可制成复杂的形状。3 我国的风能产业及其面临的挑战我国的风力发电装置大都山欧美引进，而且都是些1 7 2 2 m 长的玻璃钢叶片，分布在新疆、内蒙、河北和福建等地，由于规模小，风能成本较高。碳纤维与玻纤的混杂叶片正在研制之-h分别由北京7 0 3 所和景德镇复合材料等单位研制，迄今尚未投入试运行，

36、这一点与国外的差距在逐渐拉大。例如L M 玻璃纤维公司现致力于开发长达5 4 m 的全玻纤叶片，其单位k W h 成本较低，同时进一步开发在横粱和叶片端部只少量选用碳纤维的6 l m 大型叶片，以发展5 M w 的涡轮机。德国叶片制造厂家N o r d e xR o t o r 则开发5 6 m长的碳纤维叶片，他们认为叶片超过一定尺寸后，碳纤维叶片不比玻纤叶片贵，因为材料用量下降了。现国外新的5 M w 叶片的整个横粱结构都规定用碳纤维。N o r d e x 现已开发出系列产品，例如N 4 0 叶片用于2 5 M W 海岸涡轮机，4 4 m 长的叶片(质量9 6 t)用于低风量的海岸用途。为

37、此，我国的风能事业距离自力更生发展还有漫长的道路要走，今后1 0 a 内还不具备竞争实力，因为风能产业是系统工程，除上述所论及的各种材料外，还有大型专用运输工具和各种特制的切割装置有待开发，叶片等的测试手段也有待建立，其中闪电试验就需将叶片的空穴加热至2 1 0 4 3 l0 4，致使内部的空气以爆炸式的速率膨胀，致使旋转时片的结构损坏”，这种设备是有技术难度的。由于风力是取之不尽的清洁能源，而我国目前风能只占世界总风能的1 5(2 0 0 2 年)，为此应从能源长期战略的高度加以认识，从现在起加大研发投入，把自力更生开发和引进国外先进技术和设备结合起来，促进其发展。参考文献1 1G E O

38、R G EM A R s H 预测如何可信【J 1 R e i n f o r c e dp l a s t i c s，2 0 0 3，4 7(5)：2 3 2 lG E o R G EM A R s H 复合材料一风能的首次实现者IJ 1 R e i n f o r c e dp I a s t i c s，2 0 0 3，4 7(5)：2 9 3 l 风力涡轮机道于大型化I J J R d n f o r dp l a s t 池，2 0 0 3 4 7(3)：1 0 4 I 风能有助于减少目前天然气供应的紧缺IJ】c 0“p o s i t e sB r i e C2 0 0 3，2

39、7(1 3)：4 5 1 供应1 6 0 台风力涡轮电机的合同【J JC o m p o s i t e sB r i e 2 0 0 3，2 7(1 5)：6 6 lc F R P 在风力发电叶片的应用【J 1 日本合成纤维新闻，2 0 0 3，(2 3 0 6)：7 7 1T 哪t i n gb l a d ej n t e g r i t y【J 1 R e i n f o r ce lp l a s t i c s，2 0 0 3，4 7(5)：4 4 T h ed e v e l o p m e n t sa n dt r e n d so fw o r l d sw i n de

40、n e r g y&i t sb l a d e sm a t e r i a l sL U oY i f c n g(N a t i o n a ls p e c i a l t yS y n t h e t i cF i b e rI n f o r m a t i o nC e n t e r，B e 咖n g1 0 0 0 2 5，C h i n a)A b s t r a c t：T h ed“e l o p m e n t sa n dt r e n d so ft h ew o r l d sw i n de n e r g y w i n dt u r b i n eb l a

41、 d e sm a t e r i a l sa r ei n t r O d u c e db r i d f I y，t h es h o r t a g e so fo u rc o u n t r yi n h i sa r e aa n dt h es u g g e s t i o n so ft h ef u t u r ed e v e I o p m e n ta r ep u tf o r w a r d K e yw O r d s：w i n de n e r 盯；b l a d em a t e r i a l；d e v e l o p m e n 也t r e n d 万方数据