我國風電市場機遇和兆瓦級玻璃鋼風機葉片

　　二、國外兆瓦級風機葉片制造技術動向
　　風力發電依靠渦輪機完成，其中配套渦輪機的FRP復合材料葉片是重要的零部件，其占整個風電設備成本的20%左右。葉片的設計、選材和工藝又是決定風電裝置性能與功率的主要因素，以及風力發電的單位成本。縱觀全球葉片技術的發展趨勢，并兼顧風機效能和降低成本兩因素，葉片的制作正向大型化發展。單機功率愈大，每KW的發電成本就愈低。因此全球風電設備都在向兆瓦級大功率和長葉片方向開發。典型的丹麥LM公司是全球風力發電最大的集團，具有25年的生產實踐經驗。其葉片月產達7000片以上，已在中國天津設廠。LM公司也是全球唯一有In-House測試能力的公司，可針對其葉片進行Full-Scale的測試，所有的新設計葉片均可通過20年運轉狀況的測試才能獲準投產。這些測試項目包括靜態、動態、雷擊測試等，其測試設備中的激光掃描儀，更為葉片提供精確的幾何數據。LM公司目前生產最長的葉片為61.5m，是全球最長的葉片，重量為17.7噸，材質為環氧基玻纖增強復合材料，葉端等處采用碳纖，已按裝在芬蘭REpower公司的5MW海上風機上。LM公司葉片制造技術包括多功能機械手鋪設玻纖，以提高鋪設進度25%；在螺栓的支撐力上進行創新，可增加葉片20%的長度；采用RIM法縮短樹脂滲透時間15-20%；以FRP模具取代鋼模，實現低成本。據有關信息，丹麥國家先進技術基金會撥款0.6億丹麥克朗用于LM公司進行創新型的新型葉片技術研究，該研究項目命名為“葉片之王”。是用FRP、C纖維和熱塑性材料的混合紗去制造葉片。這種紗鋪進模具后，加熱模具，塑料紗線融化，將會使葉片的生產時間縮短一半。可以認為，LM的兆瓦級葉片的設計，制造技術是全球最先進，最富競爭力的。
　　在葉片設計上，LM公司還在10年前推出了一種新型具有彈性撓度的葉片概念，簡稱為預彎型葉片。該葉片在葉尖部分向外彎曲，使葉片在轉動狀態下，甚至處于強風時還能與塔體保持一定距離，避免葉片撞擊塔架。預彎型葉片因其許可彎曲量變大，剛度相當，從而材料用量減少，重量減輕，而獲取更多的風能。據有關方面透露，這種預彎型葉片與標準型葉片相比，風場在2.6m/秒風速條件下即可起動。據了解，LM公司與GE公司合作的項目中對開發加長葉片增加電量進行案例分析測定，用40.3m長的葉片替換了原有1.5MW風機上的37.5m長的葉片，結果標明發電量增加7%，究其原因是其外圓掃風面積比內圓掃風面積增加了14.8%。（附效果圖）
　　為降低發電成本，除葉片設計外，材料和工藝成型日新月異，通過材料和工藝的選擇達到輕量化和功能化，從而提高風能的效能。葉片制造通常經過五個步驟完成：葉梁→葉片分瓣外殼→組裝粘結→固化加熱硬化→離模后裝修磨光處理。從1992~1999年，歐洲風電單機平均功率為200~700kw，葉片長度從12m~22m。2000年開始，單機功率增至900kw，葉片長度達25m。這兩年單機功率由1~2.0MW以上發展，葉片長度達到40m，當前研發正朝著3-5MW，葉片長度向50~60m邁進。

　　制造葉片的材料工藝對其成本具有決定性，因此，材料的選擇，制作工藝的優化十分重要，通常材料根據葉片長度不同而選用不同的復合材料，目前最普通采用的是GF/UP、GF/VE、GF/EP。隨著發電機功率的增大，葉片長度不斷加長，因此必須使用先進的材料來減輕重量，以達到輕質高強和高剛性。
　　E玻璃纖維和Advantax玻璃纖維：E玻纖為目前葉片主流增強材料，與許多樹脂、成型工藝匹配性較佳，目前開發的許多編織形式，如單軸向、雙軸向、三軸向、四軸向甚至三維立體結構等，以滿足不同的需要，使靈活的結構設計得到更好的體現。但是，E玻璃纖維的密度比較大，因此，超大型葉片上較難適合。為了獲得葉片玻纖增強材料最好的性價比，近幾年，OCV公司在全球葉片市場上推出更高性能的Advantax玻纖，該玻纖與E玻纖相比，具有高的強度和模量，成功應用在兆瓦級葉片制造上。雖然S玻璃纖維模量能達到 85.5Gpa，比E玻璃纖維高18%，強度高出33%，從技術角度而言，人們對于應用高強度高斷裂應變的S玻璃纖維在風力機葉片上比較感興趣，但價格很高，因此未能成為葉片主導增強材料。（附表）