碳纖維在風電葉片中的應用

    4.碳纖維在風力發電機葉片中應用的優勢
    碳纖維的應用優勢：
   （1）提高葉片剛度，減輕葉片重量

    碳纖維的密度比玻璃纖維小約30％，強度大40％，尤其是模量高3至8倍。大型葉片采用碳纖維增強可充分發揮其高彈輕質的優點。荷蘭戴爾弗理工大學研究表明，一個旋轉直徑為120米的風機的葉片，由于梁的質量超過葉片總質量的一半，梁結構采用碳纖維，和采用全玻纖的相比，重量可減輕40％左右；碳纖維復合材料葉片剛度是玻璃纖維復合材料葉片的兩倍。據分析，采用碳／?；祀s增強方案，葉片可減重20～30％Vesta Wind System公司的V90 3 Mw發電機的葉片長44m，采用碳纖維代替玻璃纖維的構件，葉片質量與該公司V80 2 MW 發電機且為39米長的葉片質量相同。同樣是34m長的葉片，采用玻璃纖維增強聚脂樹脂時質量5800kg，采用玻璃纖維增強環氧樹脂時質量5200kg，而采用碳纖維增強環氧樹脂時質量只有3800kg。其他的研究也表明，添加碳纖維所制得的風機葉片質量比玻璃纖維的輕約32％，而且成本下降約16％。表2所示為玻纖和碳纖及復合材料性能比較。圖5為完全碳纖維葉片和目前歐洲商業化的葉片重量比較。

     
   （2）提高葉片抗疲勞性能
    風機總是處在條件惡劣的環境中，并且24小時的處于工作狀態。這就使材料易于受到損害。相關研究表明，碳纖維合成材料具有出眾的抗疲勞特性，當與樹脂材料混合時，則成為了風力機適應惡劣氣候條件的最佳材料之一。
   （3）使風機的輸出功率更平滑更均衡，提高風能利用效率
    使用碳纖維后，葉片重量的降低和剛度的增加改善了葉片的空氣動力學性能，減少對塔和輪軸的負載，從而使風機的輸出功率更平滑和更均衡，提高能量效率。同時，碳纖維葉片更薄，外形設計更有效，葉片更細長，也提高了能量的輸出效率。
   （4）可制造低風速葉片