碳纤维复合材料在风力机叶片中的技术应用

据了解,随着发电单机功率的增大，要求叶片长度不断增加。对叶片来讲，刚度也是一个十分重要的指标。始于上世纪末的相关研究表明，碳纤维合成材料具有出众的抗疲劳特性，当与树脂材料混合时，则成为了风力机适应恶劣气候条件的最佳材料之一，碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃钢复合叶片的两至三倍。GE风能的叶片工程全球经理Ramesh Gopalakrishnan说，设计师们在寻找轻质高强度材料时，选中了碳纤维。
    虽然碳纤维复合材料的性能大大优于玻璃纤维复合材料，但价格昂贵，是玻璃纤维的10倍，不太高的性价比影响了它在风力发电上的大范围应用。因此，全球各大复合材料公司正在从原材料、工艺技术、质量控制等各方面深入研究，以求降低成本。VESTAS的V-90型风力机容量为3.0MW，叶片长44m，其样品试验采用了碳纤维制造；GAMESA在其直径为87米、90米叶轮的叶片制造中包含了碳纤维；NEG Micon正在制造碳纤维增强环氧树脂的40米叶片；这三家公司的碳纤维都采购自St.Louis-based Zoltek公司。德国叶片制造厂家Nordex Rotor开发了56m长的碳纤维叶片，他们认为叶片超过一定尺寸后，碳纤维叶片的制作成本并不比玻纤的高。

    LM公司在《2004全球碳纤维展望》的报告中指出：在风力机叶片中采用碳纤维，应注意它和玻璃纤维混合时所增加的重量；应用于叶片设计时样品测试的可靠性不够高，须加大测试的覆盖面；加工精度要求高；由于是半导电材料须规避雷电来袭对叶片的损伤。目前大规模安装的2.5-3.5MW机组采用了轻质、高性能的玻璃纤维叶片，设计可靠，市场竞争力强，下一代5-10MW风力机的设计将更多的采用碳纤维