大型風輪葉片設計技術的現狀與發展趨勢

 
    在未來的十幾年里，有大量的葉片將會退役，退役后葉片的處理將是我們所面臨的一個非常棘手的問題。目前使用的復合材料葉片屬于熱固性復合材料，很難自然降解。廢棄物處理一般采用填埋或者燃燒等方法處理，基木上不再重新利用，易對環境造成影響，為此，人們開始積極研究開發“綠色葉片”－熱塑性復合材料葉片^[12]。愛爾蘭Gaoth風能公司與日木三菱重工及美國Cyclics公司正在探討如何共同研制低成本熱塑性復合材料葉片。根據有關資料介紹，與環氧樹脂／玻璃纖維復合材料大型葉片相比較，若采用熱塑性復合材料葉片，每臺大型風力發電機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，而且可完全回收和再利用。安全快捷地制造“綠色”的復合材料葉片正期待著復合材料葉片制造商去實現，Gaoth公司及其合作伙伴就是實現這一目標的先驅。
3.3葉片設計新的研發理念
    現在大型葉片的結構基本為蒙皮加主梁的形式，主梁為預先成型，然后粘接到葉片蒙皮。國外有設計公司提出葉片整體成型概念，意在打破蒙皮主梁的結構形式。
    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計概念。LM公司研發部經理Frank V. Nielsen認為未來葉片設計的關鍵已從效率最大化轉移到能量成本（COE）最優化，葉片將會更加細長，這種設計技術將會降低葉片載荷，葉片質量分布更加優化，材料成本將會降低，產品質量將更加得到保證。   
    今年三月，美國Knight＆Carver的風電葉片公司成功開發了一種新型葉片STAR Blade^[13]。這種具有創新性的葉片不同于當前使用的絕大部分葉片，是專門針對低風速區域設計的。這種葉片葉尖采用“柔性”設計理念進行設計，在外形上與傳統葉片后緣線性變化不同，逐漸向后緣彎曲，降低了葉片風壓和風機的驅動扭矩，并最大限度捕獲所有可用風速范圍內的風能，包括邊緣的低風速區域，比傳統的葉片捕風能力提高了5~10％。第一片該種葉片已經進行了靜力測試，年內還將生產第二片。

    國內中材科技風電葉片股份有限公司研制的1.5 MW sinoma40.2m葉片已經成功下線，并在今年7月份通過了靜力測試。該葉片采用新的“柔性、預彎”設計技術，針對國內風況設計，葉尖部分向上風向彎曲，葉片細長，柔性好，其整機載荷低于同類37.5m 1.5MW葉片。
4結語
    風電將在全球范圍繼續高速發展，國內、國外風電市場巨大，中國的目標是累計裝機容量在2010年達到500萬kW, 2020達到年3000萬kW，這個目標將會提前實現，國內葉片市場將供不應求。按目前國內引進技術比較普遍的1.5MW葉片來計算，2006~2010年，需要葉片數為7000片左右，而20102020年之間，所需葉片數將為50000片，國內葉片市場巨大^[14]。
    葉片設計技術的發展將會為我們提供更加高效，低成本，高可靠性的葉片，國內葉片設計技術相對落后，目前MW級別上，葉片設計技術基本依賴進口，但該局面有望在未來的幾年內逐步得到改觀，完全依靠國內力量設計的葉片不久的將來會在國內風電場上空運轉。