碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用

    碳纖維的應(yīng)用可以減少負(fù)載和增加葉片長度，從而制造適合于低風(fēng)速地區(qū)的大直徑風(fēng)葉，使風(fēng)能成本下降。
   （5）可制造自適應(yīng)葉片
    葉片裝在發(fā)電機(jī)的輪輪上，葉片的角度可調(diào)。目前主動型調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)（active utility－size wind turhines）的設(shè)計(jì)風(fēng)速為13 to 15m／sec（29 to 33mph），當(dāng)風(fēng)速超過時(shí)，則調(diào)節(jié)風(fēng)葉斜度來分散超過的風(fēng)力，防止對風(fēng)機(jī)的損害。斜度控制系統(tǒng)對逐步改變的風(fēng)速是有效的。但對狂風(fēng)的反應(yīng)太慢了，自適應(yīng)的各向異性葉片可幫助斜度控用系統(tǒng)（the pitch control system），在突然的、瞬間的和局部的風(fēng)速改變時(shí)保持電流的穩(wěn)定。自適應(yīng)葉片充分利用了纖維增強(qiáng)材料的特性，能產(chǎn)生非對稱性和各向異性的材料，采用彎曲／扭曲葉片設(shè)計(jì)，使葉片在強(qiáng)風(fēng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)可減少瞬時(shí)負(fù)載。美國Sandia National Laboratories致力于自適應(yīng)葉片（“adzptive”blade）研究，使1.5W風(fēng)能從每kwh5美分降到4.9分，價(jià)格可和燃料發(fā)電相比。

   （6） 利用導(dǎo)電性能避免雷達(dá)擊
    利用碳纖維的導(dǎo)電性能，通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可有效地避免雷擊對葉片造成的損傷。
   （7） 降低風(fēng)力機(jī)葉片的制造和運(yùn)輸成本
    由于減少了材料的應(yīng)用，所以纖維和樹脂的應(yīng)用都減少了，葉片變得輕巧，制造和運(yùn)輸成本都會下降。可縮小工廠的規(guī)模和運(yùn)輸設(shè)備。
   （8）具有振動阻尼特性。碳纖維的振動阻尼特性可避免葉片自然頻率與塔暫短頻率間發(fā)生任何共振的可能性。
    5.碳纖維應(yīng)用的主要問題和解決途徑
    碳纖維應(yīng)用的缺陷：
   （1）碳纖維是一種昂貴纖維材料，在碳纖維應(yīng)用過程中，價(jià)格是主要障礙，另外，性價(jià)比影響了它在風(fēng)力發(fā)電上的大范圍應(yīng)用。必須當(dāng)葉
片超過一定尺寸后，因?yàn)椴牧嫌昧肯陆担拍鼙炔＠w葉片便宜。目前采用碳纖維和玻璃纖維共混結(jié)構(gòu)是一種比較好的辦法，而且還綜合了兩種材料的性能。另外一種方法是采用從瀝青制造的成本較低的碳纖維，這種碳纖維的價(jià)格可以降到5美元/lb 的心理價(jià)位。
   （2）CFRP比GFRP更具脆性，一般被認(rèn)為更趨于疲勞，但是研究表明，只要注意生產(chǎn)質(zhì)量的控制以及材料和結(jié)構(gòu)的幾何條件，就可足以保證長期的耐疲勞。

   （3）直徑較小的碳纖維表面積較大，復(fù)合材料成型加工浸潤比較困難。由于碳纖維叫、片一般采川環(huán)氧樹脂制造，要通過降低環(huán)氧樹脂制造的熟度而不降低它的力學(xué)性能是比較困難的，這也是一些廠家采用預(yù)浸料工藝的原因。此外碳纖維復(fù)合材料的性能受工藝眼影響敏感（如鋪層方向），對工藝要求較高。
   （4）碳纖維復(fù)合材料透明性差，難以進(jìn)行內(nèi)部檢查。
    但碳纖維在大型葉片中的應(yīng)用已成為一種不可改變的趨勢。目前，全球各大葉片制造商正在從原材料、工藝技術(shù)、質(zhì)量控制等各方面進(jìn)行深入研究，以求降低成本，使碳纖維能在風(fēng)力發(fā)電上得到更多的應(yīng)用。可通過如下的途徑來促進(jìn)碳纖維在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用：
   （1）葉片尺寸越大，相對成本越低。因此對于3MW（40m）以上，尤其是5MW以上的產(chǎn)品。目前大規(guī)模安裝的2.5-3.5MW機(jī)組采用了輕質(zhì)、高性能的玻璃纖維葉片，設(shè)計(jì)可靠，市場競爭力強(qiáng)，下一代5-10MW風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)將更多的采用碳纖維。
   （2）采用特殊的織物混編技術(shù)。根據(jù)葉片結(jié)構(gòu)要求，把碳纖維鋪設(shè)在剛度和強(qiáng)度要求最高的方向，達(dá)到結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。如TPI公司