復(fù)合材料風(fēng)電葉片的發(fā)展現(xiàn)狀及若干問題的對(duì)策

1引言
    隨著煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源耗盡時(shí)間表的日益臨近，風(fēng)能的開發(fā)和利用越來越得到人們的重視，已成為能源領(lǐng)域最具商業(yè)推廣前景的項(xiàng)目之一，目前在國(guó)內(nèi)外發(fā)展迅速。中國(guó)2005年冬到2006年春的用電缺口達(dá)到了1500萬kW，電力增長(zhǎng)仍有極大的潛力。而與之對(duì)應(yīng)的現(xiàn)階段我國(guó)的電力構(gòu)成中，風(fēng)力發(fā)電僅占1%左右^[1]，風(fēng)力的開發(fā)和利用仍有很大的空間，幾乎每個(gè)省份都有在建或擬建的風(fēng)電項(xiàng)目^[2]。據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，為取代“911”恐怖襲擊中倒塌的世貿(mào)雙子塔樓而設(shè)計(jì)的1776英尺高的“自由塔”的樓頂也將設(shè)置風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)力發(fā)電在當(dāng)今世界之熱門程度由此可見。
    商業(yè)通信公司預(yù)測(cè)，今后若干年內(nèi)世界大型風(fēng)力機(jī)市場(chǎng)將會(huì)以年20%左右的速率增長(zhǎng)，中國(guó)的增長(zhǎng)速率可能會(huì)更快。據(jù)估計(jì)，2006~2010年之間，我國(guó)風(fēng)電葉片的需求量大約在7000多片，2011~2020年的需求量則將達(dá)到驚人的50000片^[3]。巨大的市場(chǎng)前景使得目前風(fēng)機(jī)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)空前激烈。整機(jī)方面，目前國(guó)際市場(chǎng)格局已初步成型。2005年全球超過75%的市場(chǎng)份額被丹麥Vestas、西班牙Gamesa、德國(guó)Enercon和美國(guó)GE WIND四家企業(yè)占據(jù)，新進(jìn)入企業(yè)的生存空間不大；國(guó)內(nèi)的整機(jī)生產(chǎn)企業(yè)中，新疆金風(fēng)、浙江運(yùn)達(dá)、大連重工集團(tuán)、東方汽輪機(jī)廠等幾家的市場(chǎng)前景被業(yè)界看好，這其中又以新疆金風(fēng)科技在國(guó)內(nèi)品牌中的市場(chǎng)份額最大。葉片市場(chǎng)的情況與整機(jī)基本類似，單是丹麥LM Glasfiber公司一家就占據(jù)了國(guó)際市場(chǎng)40％以上的份額，其產(chǎn)品被GE WIND、西門子（原丹麥BONUS）、SUZLON、Repower、Nordex等公司全部或部分采用^[4]；另外Vestas和Enercon公司也擁有各自的葉片生產(chǎn)部門。國(guó)內(nèi)的葉片生產(chǎn)企業(yè)主要有中航保定惠騰、連云港中復(fù)連眾復(fù)合材料集團(tuán)等。
2復(fù)合材料風(fēng)電葉片的材料體系及制造工藝
    復(fù)合材料在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用主要是轉(zhuǎn)子葉片、機(jī)艙罩和整流罩的制造。相對(duì)而言，機(jī)艙罩和整流罩的技術(shù)門檻較低，生產(chǎn)開發(fā)的難度不大。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片則是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計(jì)、材料和工藝決定風(fēng)力發(fā)電裝置的性能和功率。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)興起100多年的歷史里，葉片材料經(jīng)歷了木制葉片、布蒙皮葉片、鋁合金葉片等。隨著聯(lián)網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出現(xiàn)，風(fēng)力發(fā)電進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，傳統(tǒng)材料的葉片在日益大型化的風(fēng)力發(fā)電機(jī)上使用時(shí)某些性能已達(dá)不到要求，于是具有高比強(qiáng)度的復(fù)合材料葉片發(fā)展起來。現(xiàn)在，幾乎所有的商業(yè)級(jí)葉片均采用復(fù)合材料為主體制造，風(fēng)電葉片已成為復(fù)合材料的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。
    采用復(fù)合材料葉片主要有以下優(yōu)點(diǎn)：①輕質(zhì)高強(qiáng)，剛度好。眾所周知復(fù)合材料性能具有可設(shè)計(jì)性，可根據(jù)葉片受力特點(diǎn)設(shè)計(jì)強(qiáng)度與剛度，從而減輕葉片重量；②葉片設(shè)計(jì)壽命按20年計(jì)，則其要經(jīng)受10⁸周次以上的疲勞交變，因此材料的疲勞性能要好。復(fù)合材料缺口敏感性低，內(nèi)阻尼大，抗震性能好，疲勞強(qiáng)度高；③風(fēng)力機(jī)安裝在戶外，近年來又大力發(fā)展海上風(fēng)電場(chǎng)，要受到酸、堿、水汽等各種氣候環(huán)境的影響，復(fù)合材料葉片耐候性好，可滿足使用要求；④維護(hù)方便。復(fù)合材料葉片除了每隔若干年在葉片表面進(jìn)行涂漆等工作外，一般不需要大的維修。
2.1復(fù)合材料葉片的材料體系