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玻璃鋼復合材料風力機葉片

 

    自20世紀90年代起,世界風力發電機制造業年平均增長率達30 010,是當今世界增長最快的行業之一。至2005年底,全世界的風機總裝機容量達到了59084 MW,BTM預測到2010年的這幾年內年年安裝量平均增長量為16.4%,增長中心在美國、印度和中國,而歐洲需求仍然旺盛。歐洲風能協會的風能目標是到2020年,全世界的裝機容量為150 000 MW。

    世界風能事業的發展,促進了風電技術的發展。風電技術發展的標志之一是風力機單機容量的增大。新型大型風力機不斷出現并得到迅速推廣應用。兆瓦級的機組大量投入了應用。1994年以前,世界上最大量使用的風力機組單機容量在200 kW(葉片長10 m左右)以下,1996年300kW(葉片長14 m左右1成為主流機型。1998年600 kW(葉片長21 m左右)機組成為重要機型。1999年以后,大量單機容量在1MW或1 MWf葉片長30~40 m)以上的機型進入風電市場。當年風電市場上,兆瓦機組的市場占有率為27%,到了2000年兆瓦機的市場占有率為40%。預計今后幾年,兆瓦級機組將在風電市場上占絕對主導地位。

    隨著風力機單機容量的增大,風力機功率調節方式從采用失速功率調節轉到越來越多地采用變槳距和變速恒頻技術,以提高風輪效率。這對風輪葉片的設計提出了相應的要求。單機容量的增長對風電開發商帶來更大的經濟利益,主要是風電單位kW成本和單位kWh運行成本下降,并且隨著單機容量的提高,輪轂高度相應提高,風能利用率也將隨著高度的增高而提高。

    隨著風力機單機容量增大,葉片長度也相應增長。葉片的長度增加,則重量也增加。葉片重量與風輪半徑R近似成3次方關系。200 kW葉片單片重量約800 kg,600 kW葉片單片重量約2t,1 MW葉片單片重量約4t,1.5 MW葉片單片重量約6t,2 MW葉片單片重量約8 t,而SMW葉片單片重量達10幾噸。故對復合材料葉片設計者來說,解決大型風力機復合材料葉片的強剛度與重量的矛盾是一個挑戰。風力機復合材料葉片技術的進展也是設計、材料、工藝、裝備等綜合技術的進展。

    玻璃鋼/復合材料葉片主要在幾家著名的葉片制造商進行專業化生產,如丹麥的LM公司。V est as公司則生產與自身相配套的葉片LM公司為世界最大的葉片制造商。產品占據世界風電市場的45%。葉片供應給一流風力機制造商如NEGMicon、Bonus、Repow er,No dex及其它風力機制造商。LM公司從1980年推出第一片葉片(7.5 m長)以來,經過20多年發展,己成為在德國、荷蘭、西班牙、美國、印度均有子公司的最具實力的葉片制造商。至2000年,己生產6萬片葉片,當年生產7 200片葉片。目前世界上一些著名大風力機制造商也開始生產為自己配套的玻璃鋼葉片如丹麥的Bonus公司、德國的Enercon公司、西班牙的G am esa公司等。

    與國外相比,我國在風電設備設計與制造技術上存在一定的差距,尤其在兆瓦級風力機技術上,還處于起步階段。在“十一五”時期我國將繼續開展2~3 MW風力機及復合材料葉片的攻關。通過攻關,力爭使我們的風電技術有所突破、有所創新,并形成產業化生產,使我國的風電設備制造技術逐步接近國外先進水平。


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