复合材料在风电应用上的浅析

    风力发电装置最关键、最核心的部分是叶片。叶片的设计和采用的材料决定风力发电装置的性能和功率，也决定风力发电机组的成本。而复合材料在风力发电上的应用，主要是叶片、机舱。风力发电叶片占风力发电整个装成本的20%左右，再造叶片的材料工艺对其成本存在决定性。因此，材料的选择，制备工艺优化对风力发电叶片非常重要。
    对于同一种基体树脂来讲，采用玻璃纤维增强的复合材料制造的叶片的强度和刚度的性能要差于采用碳纤维增强的复合材料制造的叶片的性能。随着叶片长度不断增加，叶片对增强材料的强度和刚性等性能也提出了新的要求，玻璃纤维在大型复合材料叶片制造中逐渐出现性能方面的不足。为了保证叶片能够安全的承担风温度等外界载荷，风机叶片可以采用玻璃纤维/碳纤维混杂复合材料结构，尤其是在翼缘等对材料强度和刚度要求较高的部位，则使用碳纤维作为增强材料。这样，不仅可以提高叶片的承载能力，由于碳纤维具有导电性，也可以有效地避免雷击对叶片造成的损伤。因此碳纤维在中国无法突破技术瓶颈的前提下，这种与玻璃纤维混搭增强也是一个重要市场。
    采用玻璃纤维强聚酯树脂作为叶片用复合材料，当叶片长度为19m，其质量为18kg；长度增加到34m时，叶片质量为5800kg、如叶片长度达到52m，则叶片质量高达21000kg。而采用玻璃纤维增强环氧树脂作为叶片材料时，19m长度叶片的质量为1000kg，与玻璃纤维增强聚酯树脂相比，可减轻质量800kg。同样是34m长的叶片，采用玻璃纤维增强聚酯树脂时质量5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量5200kg。
    目前的风力发电机叶片基本上是由聚酯树脂、乙烯基树脂和环氧树脂等热固性基体树脂与玻璃纤维、碳纤维等增强材料，通过手工铺放或树脂注入等成型工艺复合而成。为了提高复合材料叶片的承担载荷、耐腐蚀和耐冲刷等性能，必须对树脂基体系统进行精心设计和改进，采用性能优异的环氧树脂代替不饱和聚酯树脂，改善玻璃纤维/树脂界面的粘结性能，提高叶片的承载能力，扩大玻璃纤维在大型叶片中的应用范围。同时，为了提高复合材料叶片在恶劣工作环境中长期使用性能，可以更多地采用耐紫外线辐射的新型环氧树脂系统。

    结语：

    由此可见，未来风电项目对风电叶片的要求将会更高，更轻质的大型复合材料叶片将会受到市场的青睐。
    中国经济放缓和政策影响在一定程度上约束了复合材料在风能或其它像汽车领域的应用程度，这对视中国市场为蛋糕的全球复合材料制造商也是一个沉重的消息。但事实上，全球大型的制造商对整体市场的发展现状表现的并不悲观，他们认为这个困难的时期只是暂时的，他们仍非常看好中国的风能发展所带来的发展。