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2009-05-14 來源:中國風電材料設(shè)備網(wǎng) 瀏覽數(shù):7114
碳纖維的應(yīng)用可以減少負載和增加葉片長度,從而制造適合于低風速地區(qū)的大直徑風葉,使風能成本下降。
(5)可制造自適應(yīng)葉片
葉片裝在發(fā)電機的輪輪上,葉片的角度可調(diào)。目前主動型調(diào)節(jié)風機(active utility-size wind turhines)的設(shè)計風速為13 to 15m/sec(29 to 33mph),當風速超過時,則調(diào)節(jié)風葉斜度來分散超過的風力,防止對風機的損害。斜度控制系統(tǒng)對逐步改變的風速是有效的。但對狂風的反應(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、瞬間的和局部的風速改變時保持電流的穩(wěn)定。自適應(yīng)葉片充分利用了纖維增強材料的特性,能產(chǎn)生非對稱性和各向異性的材料,采用彎曲/扭曲葉片設(shè)計,使葉片在強風中旋轉(zhuǎn)時可減少瞬時負載。美國Sandia National Laboratories致力于自適應(yīng)葉片(“adzptive”blade)研究,使1.5W風能從每kwh5美分降到4.9分,價格可和燃料發(fā)電相比。

(6) 利用導電性能避免雷達擊
利用碳纖維的導電性能,通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計,可有效地避免雷擊對葉片造成的損傷。
(7) 降低風力機葉片的制造和運輸成本
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,制造和運輸成本都會下降??煽s小工廠的規(guī)模和運輸設(shè)備。
(8)具有振動阻尼特性。碳纖維的振動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,價格是主要障礙,另外,性價比影響了它在風力發(fā)電上的大范圍應(yīng)用。必須當葉
片超過一定尺寸后,因為材料用量下降,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,這種碳纖維的價格可以降到5美元/lb 的心理價位。
(2)CFRP比GFRP更具脆性,一般被認為更趨于疲勞,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),對工藝要求較高。
(4)碳纖維復(fù)合材料透明性差,難以進行內(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。目前,全球各大葉片制造商正在從原材料、工藝技術(shù)、質(zhì)量控制等各方面進行深入研究,以求降低成本,使碳纖維能在風力發(fā)電上得到更多的應(yīng)用??赏ㄟ^如下的途徑來促進碳纖維在風力發(fā)電中的應(yīng)用:
(1)葉片尺寸越大,相對成本越低。因此對于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機組采用了輕質(zhì)、高性能的玻璃纖維葉片,設(shè)計可靠,市場競爭力強,下一代5-10MW風力機的設(shè)計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)在剛度和強度要求最高的方向,達到結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計。如TPI公司
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