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2009-05-14 來源:中國(guó)風(fēng)電材料設(shè)備網(wǎng) 瀏覽數(shù):7080
碳纖維的應(yīng)用可以減少負(fù)載和增加葉片長(zhǎng)度,從而制造適合于低風(fēng)速地區(qū)的大直徑風(fēng)葉,使風(fēng)能成本下降。
(5)可制造自適應(yīng)葉片
葉片裝在發(fā)電機(jī)的輪輪上,葉片的角度可調(diào)。目前主動(dòng)型調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)(active utility-size wind turhines)的設(shè)計(jì)風(fēng)速為13 to 15m/sec(29 to 33mph),當(dāng)風(fēng)速超過時(shí),則調(diào)節(jié)風(fēng)葉斜度來分散超過的風(fēng)力,防止對(duì)風(fēng)機(jī)的損害。斜度控制系統(tǒng)對(duì)逐步改變的風(fēng)速是有效的。但對(duì)狂風(fēng)的反應(yīng)太慢了,自適應(yīng)的各向異性葉片可幫助斜度控用系統(tǒng)(the pitch control system),在突然的、瞬間的和局部的風(fēng)速改變時(shí)保持電流的穩(wěn)定。自適應(yīng)葉片充分利用了纖維增強(qiáng)材料的特性,能產(chǎn)生非對(duì)稱性和各向異性的材料,采用彎曲/扭曲葉片設(shè)計(jì),使葉片在強(qiáng)風(fēng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)可減少瞬時(shí)負(fù)載。美國(guó)Sandia National Laboratories致力于自適應(yīng)葉片(“adzptive”blade)研究,使1.5W風(fēng)能從每kwh5美分降到4.9分,價(jià)格可和燃料發(fā)電相比。
(6) 利用導(dǎo)電性能避免雷達(dá)擊
利用碳纖維的導(dǎo)電性能,通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可有效地避免雷擊對(duì)葉片造成的損傷。
(7) 降低風(fēng)力機(jī)葉片的制造和運(yùn)輸成本
由于減少了材料的應(yīng)用,所以纖維和樹脂的應(yīng)用都減少了,葉片變得輕巧,制造和運(yùn)輸成本都會(huì)下降??煽s小工廠的規(guī)模和運(yùn)輸設(shè)備。
(8)具有振動(dòng)阻尼特性。碳纖維的振動(dòng)阻尼特性可避免葉片自然頻率與塔暫短頻率間發(fā)生任何共振的可能性。
5.碳纖維應(yīng)用的主要問題和解決途徑
碳纖維應(yīng)用的缺陷:
(1)碳纖維是一種昂貴纖維材料,在碳纖維應(yīng)用過程中,價(jià)格是主要障礙,另外,性價(jià)比影響了它在風(fēng)力發(fā)電上的大范圍應(yīng)用。必須當(dāng)葉
片超過一定尺寸后,因?yàn)椴牧嫌昧肯陆?,才能比玻纖葉片便宜。目前采用碳纖維和玻璃纖維共混結(jié)構(gòu)是一種比較好的辦法,而且還綜合了兩種材料的性能。另外一種方法是采用從瀝青制造的成本較低的碳纖維,這種碳纖維的價(jià)格可以降到5美元/lb 的心理價(jià)位。
(2)CFRP比GFRP更具脆性,一般被認(rèn)為更趨于疲勞,但是研究表明,只要注意生產(chǎn)質(zhì)量的控制以及材料和結(jié)構(gòu)的幾何條件,就可足以保證長(zhǎng)期的耐疲勞。
(3)直徑較小的碳纖維表面積較大,復(fù)合材料成型加工浸潤(rùn)比較困難。由于碳纖維叫、片一般采川環(huán)氧樹脂制造,要通過降低環(huán)氧樹脂制造的熟度而不降低它的力學(xué)性能是比較困難的,這也是一些廠家采用預(yù)浸料工藝的原因。此外碳纖維復(fù)合材料的性能受工藝眼影響敏感(如鋪層方向),對(duì)工藝要求較高。
(4)碳纖維復(fù)合材料透明性差,難以進(jìn)行內(nèi)部檢查。
但碳纖維在大型葉片中的應(yīng)用已成為一種不可改變的趨勢(shì)。目前,全球各大葉片制造商正在從原材料、工藝技術(shù)、質(zhì)量控制等各方面進(jìn)行深入研究,以求降低成本,使碳纖維能在風(fēng)力發(fā)電上得到更多的應(yīng)用??赏ㄟ^如下的途徑來促進(jìn)碳纖維在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用:
(1)葉片尺寸越大,相對(duì)成本越低。因此對(duì)于3MW(40m)以上,尤其是5MW以上的產(chǎn)品。目前大規(guī)模安裝的2.5-3.5MW機(jī)組采用了輕質(zhì)、高性能的玻璃纖維葉片,設(shè)計(jì)可靠,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng),下一代5-10MW風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)將更多的采用碳纖維。
(2)采用特殊的織物混編技術(shù)。根據(jù)葉片結(jié)構(gòu)要求,把碳纖維鋪設(shè)在剛度和強(qiáng)度要求最高的方向,達(dá)到結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。如TPI公司
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