北(běi)極星風力發電網訊:一百多(duō)年以來(lái)，葉片除了(le)越變越長(cháng)以外，還(hái)有哪些改變?
1887年，美(měi)國人(rén)Charles F.Brush建造了(le)第一台風力發電機組。
葉片材料：雪(xuě)松木(mù)，葉片長(cháng)度：8.5米。
2018年，中國吉林(lín)重通(tōng)成飛(fēi)開發的(de)國内最長(cháng)海上風電葉片在江蘇如東基地成功下(xià)線。
葉片材料：碳纖維增強複合材料，葉片長(cháng)度：83.6米。
葉片材料的(de)演變經曆三個(gè)時(shí)期：木(mù)質材料→金屬材料→複合材料。
在葉片的(de)成本中，葉片選材占大(dà)頭，對(duì)葉片綜合性能的(de)影(yǐng)響也(yě)是最顯著。最開始的(de)葉片材料爲木(mù)質葉片，布蒙皮葉片，然後是金屬葉片，最後到現在比較主流的(de)複合材料葉片。
首先，風電葉片要足夠輕。在相同的(de)風速下(xià)，更輕的(de)葉片更容易旋轉，那麽其風力轉換效率就會大(dà)大(dà)提高(gāo)。另外，還(hái)需要高(gāo)強度和(hé)高(gāo)韌性，以滿足幾十年的(de)服役壽命要求。最後，成本要低，因此，葉片材料的(de)發展是一個(gè)逐步輕量化(huà)，高(gāo)性能化(huà)，低成本化(huà)的(de)漫長(cháng)的(de)篩選和(hé)開發過程。
木(mù)質葉片
早期的(de)風力發電機組功率容量很小，因此大(dà)多(duō)采用(yòng)木(mù)質葉片，但木(mù)制葉片不易扭曲成型，且強度不高(gāo)，在潮濕環境下(xià)也(yě)容易腐蝕;而且随著(zhe)大(dà)、中型風力發電機的(de)發展，木(mù)質葉片越來(lái)越無法滿足葉片尺寸的(de)增加要求，因此，木(mù)質葉片逐步退出了(le)曆史舞台。
金屬葉片
金屬葉片克服了(le)木(mù)質葉片不易扭曲加工成型的(de)缺點，而且金屬材料的(de)價格低廉，在木(mù)質葉片之後的(de)很長(cháng)一段時(shí)間被認爲是風電葉片最理(lǐ)想的(de)材料。
鋁合金葉片
這(zhè)裏面用(yòng)到的(de)金屬材料主要是鋁合金。但是，也(yě)存在諸多(duō)弊端，雖然鋁合金葉片重量輕、易于加工，但對(duì)于葉跟到葉尖漸縮的(de)葉片，鋁合金的(de)加工特别困難，此外，金屬材料在空氣中的(de)腐蝕問題，也(yě)對(duì)葉片的(de)保養和(hé)後期維護提出了(le)挑戰。
纖維增強複合材料葉片
1950年，纖維增強複合材料原材料體系被逐步開發，其潛在性能優勢不斷被發掘，随著(zhe)應用(yòng)技術的(de)積累，長(cháng)纖維增強聚合物(wù)基複合材料以其優異的(de)力學性能、工藝性能和(hé)耐環境侵蝕性能，成爲當今大(dà)型風力發電機葉片材料的(de)首選。
這(zhè)裏的(de)纖維主要有玻璃纖維和(hé)碳纖維兩種，由高(gāo)分(fēn)子聚合物(wù)(環氧樹脂，不飽和(hé)樹脂等)通(tōng)過特定的(de)成型工藝加工而成。
玻璃纖維(左)和(hé)碳纖維(右)
重通(tōng)成飛(fēi)國内最長(cháng)葉片的(de)碳纖維主梁生産線(實現減重30%)
纖維增強複合材料是大(dà)型葉片的(de)不二選擇。加工工藝一般采用(yòng)真空吸注成型工藝，如下(xià)圖所示。
真空吸注成型工藝
該工藝利用(yòng)纖維和(hé)泡沫結構層的(de)真空，吸入常壓下(xià)的(de)液态環氧樹脂，然後加熱(rè)使樹脂固化(huà)，被樹脂浸潤的(de)纖維結構随即成爲一個(gè)整體結構，這(zhè)是真空吸注成型的(de)原理(lǐ)。不同的(de)葉片型号，會對(duì)應一個(gè)特定的(de)整體結構，即複合材料葉片。
與傳統金屬材料葉片相比，纖維增強複合材料葉片的(de)優勢更爲明(míng)顯：與真空吸注工藝結合使得(de)生産效率大(dà)大(dà)提高(gāo);通(tōng)過調控纖維方向可(kě)設計不同性能的(de)葉片;一體化(huà)成型，産品尺度限制小;高(gāo)強高(gāo)韌，特别适合制造大(dà)型風電葉片。因爲，基于以上優勢，纖維增強複合材料葉片成爲現今風電葉片的(de)主導。
重通(tōng)成飛(fēi)車間正在鋪設的(de)碳纖維布
國内目前風電葉片材料是這(zhè)麽個(gè)情況：我國較小型葉片(如22 m長(cháng))一般選用(yòng)量大(dà)、價廉的(de)玻璃纖維增強塑料，基體樹脂以不飽和(hé)聚酯樹脂爲主;而較大(dà)型葉片(長(cháng)度42 m以上)的(de)結構設計則選用(yòng)碳纖維複合材料或碳纖維與玻璃纖維的(de)混雜(zá)複合材料，采用(yòng)真空導入生産工藝，而基體樹脂則以環氧樹脂爲主。未來(lái)的(de)發展方向是低成本、高(gāo)性能、環保。
但是，海上風電正在對(duì)葉片材料提出更高(gāo)的(de)要求。由于海上風電葉片的(de)嚴苛要求，陸上大(dà)規模使用(yòng)的(de)玻璃纖維增強複合材料已難以獨立勝任。相較之下(xià)，碳纖維複合材料葉片的(de)剛度爲玻璃纖維複合葉片的(de)兩至三倍，極限和(hé)疲勞性能都優于玻璃纖維複合材料，是名副其實的(de)高(gāo)性能材料。
但是有一點，碳纖維複合材料的(de)價格要遠(yuǎn)高(gāo)于玻璃纖維，這(zhè)是緻命傷，昂貴的(de)價格大(dà)大(dà)限制了(le)它在風電葉片上的(de)大(dà)範圍應用(yòng)。然而，碳纖維複合材料的(de)應用(yòng)已成爲趨勢，随著(zhe)葉片越來(lái)越長(cháng)，碳纖維複合材料将成爲超長(cháng)葉片材料的(de)不二選擇。
