碳纖維在風電葉片中的應用

    葉片也是風機中成本最高的部件，雖然它的重量不到風機重量的15％。Peter Jamieson認為風葉成本約占風電成本的10％。 風葉類似于航空葉片，要求提高提升比（Lift－to－drag ratio），并且其提升特性不易受葉片表面污染和粗糙度影響。從結構考慮要求葉片有較厚的葉型。葉片要經受20年應用，以受風力造成的疲勞次數達10（也有以500萬次作標準）。隨著風機功率的增加，風葉尺寸也相應增加。表1所示為不同年份風機功率、風葉尺寸和風電價格的變化趨勢。
    2.碳纖維在風力發電機葉片中的應用
    當葉片長度增加時，重量的增加要快于能量的提取，因為重量的增加和風葉長度的立方成正比（圖1），而風機產生的電能和風葉長度的平方成正比。同時隨著葉片長度的增加，對增強材料的強度和剛度等性能提出了新的要求，玻璃纖維在大型復合材料葉片制造中逐漸顯現出性能方面的不足。為了保證在極端風載下葉尖不碰塔架，葉片必須具有足夠的剛度。減輕葉片的重量，又要滿足強度與剛度要求，有效的辦法是采用碳纖維增強。國外專家認為，由于現有材料性不能很好滿足大功率風力發電裝置的需求，玻璃纖維復合材料性能已經趨于極限，因此，在發展更大功率風力發電裝置和更長轉于葉片時，采用懺能更好的碳纖維復合材料是勢在必行。根據國外有關資料報道，當風力機超過3MW、葉片長度超過40米時，在葉片制造時采用碳纖維已成為必要的選擇。事實上，當葉片超過一定尺寸后，碳纖維葉片反而比玻纖葉片便宜，因為材料用量、勞動力、運輸和安裝成本等都下降了。

         
    國外碳纖維用于葉片制造的廠家主要有：
    ＊ 丹麥LM Glassfiber“未來”葉片家族中61.5米長、5MW風機的葉片在梁和端部都選用了碳纖維；
    ＊ 德國葉片制造商Nordex Rotor新制造的56米長，5MW風機葉片的整個梁結構也采用了碳纖維，他們認為葉片超過一定尺寸后，碳纖維葉片的制作成本并不比玻纖的高；

    ＊ Vestas Wind System 在他們制造的44米長、V-90 3.0 MW風電機中的葉片的梁采用了碳纖維。2004年12月Zoltek Companies Inc．宣布與Vestas wind Systems AS公司訂立長期戰略合同，在前三年提供價值8千萬到1億美元的碳纖維用于制造風機葉片；Zoltek Companies Inc在股東大會上宣布對NEG Micon的碳纖維合同將從每年150噸增加一倍。同時每年分別向Vestas和Ganesa各提供1000噸，所用牌號為Panex33 48K；
    ＊ 西班牙Gamesa在他們旋轉直徑為87米（G87）和90米（G90）2MW的風機的葉片中采用了碳纖維／環氧樹脂預浸料，G90葉片長44米，質量約7t。
    ＊ NEG Micon在40米的葉片中采用了碳纖維增
    ＊ 德國Enercon GmbH在他們的大型葉片的制造中也使用了碳纖維。