風力發電系統的復合材料

玄武

風能是一種清潔可再生能源，取之不盡，用之不竭。預計2015年全球用電量將達到2.2PW，到2030年將達到3.0PW。如果利用10％的風能資源的水平，那就滿足全球1/4的電力需求量。風力發電系統的復合材料主要有：風力發電機的絕緣復合材料，風力發電葉片與機艙罩、貯能用復合材料飛輪等，風力發電機的絕緣復合材料要求無氣隙、局放小，耐高溫、交頻電場下抗裂解性好等特點。

    目前，風力發電機機組正朝著大型化發展，風輪直徑已突破120米，最長的葉片已做到61.5米，葉片自重達18噸，大型葉片這對材料的強度和剛度提出了更加苛刻的要求，全玻璃鋼葉片已無法滿足葉片大型化，輕量化的要求。由于碳纖維的密度比玻璃纖維小約30％，強度大40％，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。 使用CFRP，直徑為120米風輪葉片有效減少總體自重達38％，葉片成本降低14%，并使整個風力發電裝置成本降低4.5%。目前，中材葉片、中復連眾、南通東泰電工、GE、Vestas、Gamesa、NEG micon、Nordex Rotor、Repower、DeWind等公司在39.2～90米的葉片上應用了CFRP材料。未來海上風電機組的額定功率將超過20MW、轉子直徑約200米，碳纖維能夠為海上風力發電提供更輕質、更抗拉力、更耐腐蝕的葉片和塔架材料。

    與鋼質飛輪相比，復合材料飛輪儲能系統具有飛輪重量輕、整個容積的重量輕、比較安全（轉子本身及外殼）、比能高特點，儲存同等能量的復合材料飛輪幾乎要比鋼質飛輪輕一個數量級。碳纖維復合材料飛輪貯能技術是風力發電得到長久發展的關鍵技術。自1994年中科院電工所、玻璃鋼研究設計院、北京航空工業研究所開展飛輪儲能機組的研究工作，完成了2KW～10KW固定式原型機的研制，其中復合材料飛輪轉子由高強紗增強環氧樹脂圓環過渡到高強紗增強環氧樹脂內環和碳纖維增強環氧樹脂外環的FRP復合轉子。十二五期間，國家電網公司為了提高風力發電、太陽能發電系統的利用率，著手電力貯存系統的研究，碳纖維復合材料飛輪也將是一個重要的開發領域。

來源： 中國玻璃鋼綜合信息網
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