國(guó)外兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)葉片制造技術(shù)動(dòng)向

　　風(fēng)力發(fā)電依靠渦輪機(jī)完成，其中配套渦輪機(jī)的FRP復(fù)合材料葉片是重要的零部件，其占整個(gè)風(fēng)電設(shè)備成本的20%左右。葉片的設(shè)計(jì)、選材和工藝又是決定風(fēng)電裝置性能與功率的主要因素，以及風(fēng)力發(fā)電的單位成本。縱觀全球葉片技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，并兼顧風(fēng)機(jī)效能和降低成本兩因素，葉片的制作正向大型化發(fā)展。單機(jī)功率愈大，每KW的發(fā)電成本就愈低。因此全球風(fēng)電設(shè)備都在向兆瓦級(jí)大功率和長(zhǎng)葉片方向開(kāi)發(fā)。典型的丹麥LM公司是全球風(fēng)力發(fā)電最大的集團(tuán)，具有25年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。其葉片月產(chǎn)達(dá)7000片以上，已在中國(guó)天津設(shè)廠。LM公司也是全球唯一有In-House測(cè)試能力的公司，可針對(duì)其葉片進(jìn)行Full-Scale的測(cè)試，所有的新設(shè)計(jì)葉片均可通過(guò)20年運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的測(cè)試才能獲準(zhǔn)投產(chǎn)。這些測(cè)試項(xiàng)目包括靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、雷擊測(cè)試等，其測(cè)試設(shè)備中的激光掃描儀，更為葉片提供精確的幾何數(shù)據(jù)。LM公司目前生產(chǎn)最長(zhǎng)的葉片為61.5m，是全球最長(zhǎng)的葉片，重量為17.7噸，材質(zhì)為環(huán)氧基玻纖增強(qiáng)復(fù)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(fēng)機(jī)上。LM公司葉片制造技術(shù)包括多功能機(jī)械手鋪設(shè)玻纖，以提高鋪設(shè)進(jìn)度25%；在螺栓的支撐力上進(jìn)行創(chuàng)新，可增加葉片20%的長(zhǎng)度；采用RIM法縮短樹(shù)脂滲透時(shí)間15-20%；以FRP模具取代鋼模，實(shí)現(xiàn)低成本。可以認(rèn)為，LM的兆瓦級(jí)葉片的設(shè)計(jì)，制造技術(shù)是全球最先進(jìn)，最富競(jìng)爭(zhēng)力的。
　　在葉片設(shè)計(jì)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(jiǎn)稱為預(yù)彎型葉片。該葉片在葉尖部分向外彎曲，使葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下，甚至處于強(qiáng)風(fēng)時(shí)還能與塔體保持一定距離，避免葉片撞擊塔架。預(yù)彎型葉片因其許可彎曲量變大，剛度相當(dāng)，從而材料用量減少，重量減輕，而獲取更多的風(fēng)能。據(jù)有關(guān)方面透露，這種預(yù)彎型葉片與標(biāo)準(zhǔn)型葉片相比，風(fēng)場(chǎng)在2.6m/秒風(fēng)速條件下即可起動(dòng)。LM公司設(shè)計(jì)的這種預(yù)彎型葉片于2004年在中國(guó)申請(qǐng)了發(fā)明專利。另?yè)?jù)了解，LM公司與GE公司合作的項(xiàng)目中對(duì)開(kāi)發(fā)加長(zhǎng)葉片增加電量進(jìn)行案例分析測(cè)定。GE公司用40.3m長(zhǎng)的葉片替換了原有1.5MW風(fēng)機(jī)上的37.5m長(zhǎng)的葉片，結(jié)果標(biāo)明發(fā)電量增加7%，究其原因是其外圓掃風(fēng)面積比內(nèi)圓掃風(fēng)面積增加了14.8%。（附效果圖）
　　為降低發(fā)電成本，除葉片設(shè)計(jì)外，材料和工藝成型日新月異，通過(guò)材料和工藝的選擇達(dá)到輕量化和功能化，從而提高風(fēng)能的效能。葉片制造通常經(jīng)過(guò)五個(gè)步驟完成：葉梁→葉片分瓣外殼→組裝粘結(jié)→固化加熱硬化→離模后裝修磨光處理。從1992~1999年，歐洲風(fēng)電單機(jī)平均功率為200~700kw，葉片長(zhǎng)度從12m~22m。2000年開(kāi)始，單機(jī)功率增至900kw，葉片長(zhǎng)度達(dá)25m。這兩年單機(jī)功率由1~2.0MW以上發(fā)展，葉片長(zhǎng)度達(dá)到40m，當(dāng)前研發(fā)正朝著3-5MW，葉片長(zhǎng)度向50~60m邁進(jìn)。