碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用.pdf

清洁能源
CleanEnergy

第24卷第5期电网与清洁能源Vol.24No.5
2008年11月PowerSystemandCleanEnergyNov.2008

文章编号：1674-0009（2008）05-0053-05中图分类号：TM315;TB33;TQ342+.742文献标志码：A

碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用

罗永康1，李炜1，胡红1,樊中力2，李旺2
（1.东华大学纺织学院，上海201620；2.优利康达（天津）科技有限公司天津300112）

ApplicationofCarbonFiberReinforcedCompositesinWindTurbineBlade
LUOYong-kang1，LIWei1，HUHong1，FANZhong-li2,LIWang2
（1.CollegeofTextiles,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China;
2.EulikindTianjingCO.Ltd.,Tianjing300112,China）

ABSTRACT：Inordertoreduceper-unitwindpowercost,
表1不同风叶尺寸、风机功率下的风电成本对比表
turbinepoweriscontinuouslyrising,whichleadtobiggerblade
风电成本
length,sotheapplicationofcarbonfiberinwindturbinebladeis年份主力型号风机功率/kW风叶长度/m
/(美元·(kW·h)-1)
inevitable.Thispaperintroducestheadvantagesand
199220012.00.30
disadvantagesofcarbonfiberinwindturbineblade,andgivesthe
waystosettlethem.199970022.0
200090025.00.06
KEYWORDS:windturbineblade;windpower;carbonfiber
20051500~2500（陆基）35.0~45.00.04
reinforcedcomposite
20053000~5000（海基）45.0~61.50.04
摘要：为了降低风电单位成本，风机功率不断提高，随之叶片
长度也不断增加，使碳纤维在风电叶片中的应用成为必然。
叶片是风力机的关键部件之一涉及气动复
介绍了碳纤维在风电叶片上应用的优势和不足，以及解决的，、
技术途径。合材料结构、工艺等领域。叶片的长度和风机的功
率成正比，风机功率越大，叶片越长。对于500kW~
关键词：风电机叶片；风力发电；碳纤维增强复合材料
2.5MW的风力机，叶片长13.5~39.0m（丹麦LM
Glasfiber公司制造）；660kW~1.65MW的风力机，叶
1风力发电技术的发展片长23~39m（丹麦VestasWindSystemsAS制造）。
在兆瓦级风电机组中，如1MW的叶片长31m，每片
风电的价格和风机功率成反比，风机功率越重约4~5t；1.5MW主力机型风力机叶片长34～37m，
大，单位发电成本越低（表1）。随着现代风电技术的每片重约6t；目前商业化风力发电所用的电机容量
发展及日趋成熟，风力发电机组研究沿着增大单机一般为1.5~2.0MW，与之配套的复合材料叶片长度
容量、减轻单位千瓦质量、提高转换效率的方向发大约32~40m，重6~8t；现代的54m大型叶片重l3t。
展。上世纪80年代早期到中期，典型的风电机组单现今世界上最大5MW的风力发电机的叶片长61.5m，
机容量仅20～60kW；90年代初期，增加到500kW；单片叶片的质量接近18t，旋转直径可达126.3m。
90年代中期，为750kW~1MW；90年代末，已达到叶片也是风机中成本最高的部件，虽然它的质
2.5MW；目前世界平均单机容量为1MW，最大单机量不到风机质量的15%。却占风机成本的15%～
容量为5MW。预计2010年将开发出单机容量为20%。风叶类似于航空叶片，要求提高“提升比”
10MW的风电机组。（Lift-to-dragratio），并且其提升特性不易受叶片表
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54罗永康等：碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用Vol.24No.5

面污染和粗糙度影响。从结构考虑要求叶片有较厚（2）德国叶片制造商NordexRotor新制造的56m
的叶型。叶片要经受20a应用，以经受风力造成的疲长，5MW风机叶片的整个梁结构也采用了碳纤维，
劳次数达108（也有以500万次作标准）作标准。随着他们认为叶片超过一定尺寸后，碳纤维叶片的制作
风机功率