风电叶片产业技术发展分析
第一节 国内风电叶片产业主要技术成果
北京航空航天大学研制出一种分列式水平轴风电叶片,该风电叶片垂直于展向的横切剖面为风力机典型翼型,其中,所述风电叶片由根部起沿展向将叶片分列成前后两个部分,该两个部分沿展向的分裂缝处的接触面为配合的圆弧面,其中一部分可以转动调节,前后两部分排列一起组成分列式风电叶片。其中,可调节部分的调节机构设置在外部轮毂中。其主要优点有:根据风场情况,转动可调部分,达到改变翼型弯度和有效攻角的目的,来流适应性强,气动效率高,且明显增强了根区气动性能;有效进行功率控制调节,大风与极限情况下的刹车更为简便有效;分列调节所需功率少,控制机构简单便捷,叶片内部机构简单,有效减轻重量和提高强度。
2009年,中材科技风电叶片股份有限公司发明了一种兆瓦级复合材料风电叶片真空导入成型工艺。它包括在该叶片模具的上模模腔及下模模腔内分别铺覆增强材料层步骤及固化脱膜至产品成型步骤,其特点在于:在上述步骤之间,还具有如下步骤:1、在所述的增强材料层上表面布设灌注系统;2、在步骤1铺覆有流道的灌注系统外表面布设真空系统;3、抽真空口,检查气密性;4、充模(胶液灌注);5、固化脱模、产品成型。本发明的真空导入工艺仅需1.5小时即可完成充模,提高了大型叶片的成型效率;不需专用设备,生产成本低;其成型产品的质量分布均匀,工艺重复性好,较之手糊工艺和湿法铺放工艺,有害气体挥发少,既能减少环境污染,又可保障操作人员的健康,益于推广实施。
第二节 国外风电叶片产业主要技术成果
近日,Gaoth Tec Teo与三菱重工以及Cyclics公司签署了一份合作协议,共同为全球大规模风场开发热塑性复合材料风机叶片,制作了全球首个12.6米可循环风力机叶片,此叶片退役后,平均每套风力机可回收19吨叶片塑料材料,此在风电工业上堪称史无前列。
制造叶片的材料工艺对其成本具有决定性,因此,材料的选择,制作工艺的优化十分重要,通常材料根据叶片长度不同而选用不同的复合材料,目前最普通采用的是GF/UP、GF/VE、GF/EP。随着发电机功率的增大,叶片长度不断加长,因此必须使用先进的材料来减轻重量,以达到轻质高强和高刚性。
1、E玻璃纤维
E玻纤为目前叶片主流增强材料,与许多树脂、成型工艺匹配性较佳,目前开发的许多编织形式,如单轴向、双轴向、三轴向、四轴向甚至三维立体结构等,以满足不同的需要,使灵活的结构设计得到更好的体现。但是,E玻璃纤维的密度比较大,因此,超大型叶片上较难适合。
2、S玻璃纤维
S玻璃纤维模量能达到85.5Gpa,比E玻璃纤维高18%,且强度高出33%,从技术角度而言,人们对于应用高强度高断裂应变的S玻璃纤维在风力机叶片上比较感兴趣,但价格很高,因此未能成为叶片主导增强材料。
3、PVC轻质夹芯和导流技术
PVC轻质夹芯概念应用于结构,采用这种芯材及导流技术,可减少50%的周期时间,降低30%的劳动力成本。与敞开放型技术相比,夹芯导流技术减少90%的苯乙烯散发,并使整个叶片达到轻质高强。
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