國(guó)內(nèi)外風(fēng)電葉片技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

　　*與環(huán)氧／玻纖復(fù)合材料大型葉片相比較，若采用熱塑性復(fù)合材料葉片，每臺(tái)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)所用的葉片重量可降低10％，抗沖擊性能大幅度提高，制造成本至少降低1／4，制造周期至少降低1／3，且可完全回收和再利用。
　　*愛(ài)爾蘭Gaoth風(fēng)能公司與日木三菱重工及美國(guó)Cyclics公司正在探討如何共同研制低成本熱塑性復(fù)合材料葉片。
　　*LM G1asfibre公司正開(kāi)展此項(xiàng)研究，目的是用玻璃鋼、碳纖維和熱塑材料的混合紗絲制造葉片，這可能會(huì)使葉片的生產(chǎn)時(shí)間縮短50％。
　　*安全快捷地制造“綠色”的復(fù)合材料葉片正期待著復(fù)合材料葉片制造商去實(shí)現(xiàn)。

　　三、葉片設(shè)計(jì)技術(shù)不斷進(jìn)步

　　 葉片設(shè)計(jì)分為氣動(dòng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩大階段，通常這兩階段不是獨(dú)立的，而是一個(gè)迭代的過(guò)程。風(fēng)輪葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì)要滿足的目標(biāo): 年輸出功率最大化；最大功率限制輸出；振動(dòng)最小化和避免出現(xiàn)共振；材料消耗最小化；葉片結(jié)構(gòu)滿足適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度要求和剛度要求；保證葉片結(jié)構(gòu)局部和整體穩(wěn)定性。

　　1、翼型是葉片設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)

　　國(guó)內(nèi)缺乏相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)，國(guó)外典型翼型和優(yōu)勢(shì)如下：
　　1）美國(guó)Seri和NREL系列， Seri系列對(duì)翼型表面粗糙度敏感性低。
　　2）丹麥RISO—A系列，在接近失速時(shí)具有良好的失速性能且對(duì)前緣粗糙度敏感性低；
　　3）瑞典FFA．W系列，該系列具有良好的后失速性能。丹麥LM公司已在大型風(fēng)機(jī)葉片上采用瑞典FFA．且該翼型將會(huì)在風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用。
　　4）荷蘭DU系列和其它。

　　目前所能利用的典型風(fēng)力機(jī)翼型特性

　　2、通過(guò)氣動(dòng)外形優(yōu)化，大幅提高氣動(dòng)效率

　　通過(guò)改進(jìn)葉片外形型面，改進(jìn)空氣動(dòng)力和葉片受力狀態(tài)，增加可靠性和對(duì)風(fēng)能捕獲量。

    　　Enercon司為抑制生成擾流和旋渦在葉片端部安裝“小翼”，為改善和提高渦輪發(fā)電機(jī)主艙附近的捕風(fēng)能力，對(duì)葉片根莖進(jìn)行重新改進(jìn)，縮小葉片的外形截面，增加葉徑長(zhǎng)度；對(duì)葉片頂部和根部之間的型面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，Enercon公司在其71m的2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，改進(jìn)后葉片根部的捕風(fēng)能力得以提高。在4.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中繼續(xù)采用此項(xiàng)技術(shù)，旋轉(zhuǎn)直徑為112m的葉片端部仍安裝有傾斜“小翼”，使得葉片單片的運(yùn)行噪音小于3個(gè)葉片(旋轉(zhuǎn)直徑為66m)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音。

　　2）細(xì)長(zhǎng)形葉片設(shè)計(jì)

　　丹麥LM公司提出了“Future Blade”的概念，且已在其54m和61.5m巨型葉片上使用了這種設(shè)計(jì)概念。LM公司研發(fā)部經(jīng)理Frank V．Nielsen認(rèn)為未來(lái)葉片設(shè)計(jì)的關(guān)鍵已從效率最大化轉(zhuǎn)移到能量成本(COE)最優(yōu)化，葉片將會(huì)更加細(xì)長(zhǎng)，這種設(shè)計(jì)技術(shù)將會(huì)降低葉片載荷，葉片質(zhì)量分布更加優(yōu)化。

　　3）柔性和預(yù)彎設(shè)計(jì)是目前大型號(hào)葉片中廣泛采用的設(shè)計(jì)技術(shù)

　　葉尖采用“柔性”設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，葉尖輕微彎曲。 降低了葉片風(fēng)壓和風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)扭矩，并最大限度捕獲所有可用風(fēng)速范圍內(nèi)的風(fēng)能，包括邊緣的低風(fēng)速區(qū)域，比傳統(tǒng)的葉片捕風(fēng)能力提高了5～10％。

　　四、復(fù)合材料制造工藝進(jìn)步，促進(jìn)了葉片的技術(shù)發(fā)展

　　1、濕法手糊成型：增強(qiáng)材料浸膠，一層一層地緊貼在模具上，手動(dòng)趕出氣泡/真空壓實(shí)。

　　2、預(yù)浸料成型：提高性能、降低重量

　　預(yù)浸料成型方法是按設(shè)計(jì)要求的鋪層順序先將預(yù)浸料鋪放在模具內(nèi)，然后用真空袋將尚未成型的制件密封，抽真空，以排除在鋪層內(nèi)的氣泡、揮發(fā)分和袋內(nèi)的空氣，按最佳的固化工藝參數(shù)在熱壓罐內(nèi)固化成型葉片。對(duì)于40m以上葉片，VESTAS和GAMESA仍使用預(yù)浸料工藝。

　　3、真空灌注成型（RIM）：提高性能、降低制造成本

　　先將纖維織物等增強(qiáng)材料鋪放在模腔里，然后抽真空，樹脂基體在真空壓力的作用下被導(dǎo)入模腔浸漬增強(qiáng)材料。