大型風機葉片的設計改進

1前言
    20世紀80年代，石油、天然氣等化石資源大量消耗。化石能源的使用導致了全球嚴重的環(huán)境問題，大氣和水資源遭受嚴重污染。酸雨問題、溫室效應和臭氧層破壞嚴重威脅著人類社會的可持續(xù)發(fā)展。
    風能是綠色環(huán)保的可再生清潔能源，取之不盡，用之不竭。世界各國的開發(fā)的重點是用風力發(fā)電機將風能轉換成電能。這種能量轉換沒有給大氣造成任何污染。用風力發(fā)電，可減少化石能源的消耗，每生產1kW·h風電能就少排放約600g二氧化碳，對保護環(huán)境和生態(tài)平衡，改善能源結構具有重要意義。目前風電已經成為世界上增長最快的新能源，在各國能源總量中所占的比例正在提高。1990~2007年風電成本降低了50%，與傳統(tǒng)能源成本相差不大。在過去的10年里，全球風電裝機總量以每年超過28%的速度增長，而且這種趨勢還會持續(xù)下去。2006年，全球裝機近15000MW，市值約為230億美元。2006年底，全球風電總裝機容量超過74000MW，足以供應2500萬普通歐洲家庭用戶電力需求。據國際能源署公布的資料，到2020年，全世界風電容量將達到12.6億kW，是2002年世界風電裝機容量的38.4倍，總投資約需6300億美元。目前歐洲在風電技術和應用上處于領先地位，占全世界風電裝機容量的74%。
    葉片是風力發(fā)電機組有效捕捉風能的關鍵部件，其成本約占總成本的1/3。在發(fā)電機功率一定的條件下，如何提高發(fā)電效率，捕獲更大的風能，一直是風力發(fā)電追求的目標，而捕捉風能力的提高與葉片的外形、長度和面積有著密切的關系，葉片尺寸的大小則主要依賴于制造葉片的材料。單個葉片重量與風輪半徑R近似成3次方關系。200kW葉片單片重量約800kg,600kW葉片單片重量約2t，1 MW玻璃纖維不能滿足要求。故現在的大型葉片在主要受力部件，尤其是在翼梁加人碳纖維作為增強材料來保證葉片能夠安全地承擔風、冰雪、溫度等外界載荷。這樣，不僅可以提高葉片的力學性能，也由于碳纖維具有導電性，可以有效地避免雷擊對葉片造成損傷。