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风力发电机叶片是什么材料做的？风力发电机叶片多少米( 二 )

睿知经验知识


因此，这项研发活动与多项联合国可持续发展目标(UN SDG)相契合，具体包括：
·经济适用的清洁能源
·体面工作和经济增长
·产业、创新和基础设施
·可持续城市和社区
·负责任的消费和生产
·气候行动
此外，该研究证实可以降低平准化度电成本(LCOEa) 。如果叶片的生产成本降低 10% 至 15%，重量更轻，性能不变，而且长度增加，那么可以进一步降低平准化度电成本 。
【风力发电机叶片是什么材料做的？风力发电机叶片多少米】风机叶片的形状和尺寸由有效获取风能的空气动力学性能以及叶片承载强度决定 。而更高强度的材料在承载强度方面可以发挥出它的作用 。
图 1 显示了过去几年间叶片长度和质量间的变化关系 。
图 1 全球的叶片长度和质量发展趋势(
对于现代叶片设计而言，刚度、压缩强度以及疲劳性是设计的驱动参数 。所有超越现有玻璃纤维增强环氧基复合材料限制的发展突破都受到了风机叶片设计师和制造商的青睐 。
过去几年，已经确定出叶片结构设计中存在的挑战有：
·细长的叶片可容纳叶片结构的内部空间非常有限 。
·叶片质量应尽量轻(以降低载荷、充分缩减成本) 。
·细长的叶片往往会遇到叶片尖部与塔体的间隙问题，这说明需要使用高性能的玻璃纤维和碳纤维材料，以及复杂的分析 ***。
研究和新材料推动发展进步
2009 年，在美国能源部(US DoE)的资助下，科思创开始研究创新型聚氨酯(PU)解决方案，以推动风电行业摆脱阻碍其未来发展的重大难题 。鉴于中国和欧洲的风电发展趋势，这项研究的前景无疑是光明的 。风机叶片占到整个风力发电机成本的 20% 至 25%，所以降低叶片成本有助于降低风电行业的平准化度电成本 。
聚氨酯树脂的研发从化学研究开始，并拓展到聚氨酯灌注工艺的开发 。第—款商业化产品于 2019 年问世 。这项突破性研究中的重要部分——叶片，是由科思创和整个风电产业链上的合作伙伴共同开发的 。其中包括风机整机制造商、风机叶片制造商、玻璃纤维供应商、机器生产商和叶片设计公司 WINDnovation 。
聚氨酯(PU)树脂的应用使得叶片技术取得了关键性的进展 。采用轻量化设计能制造出更加细长的风机叶片，而采用新的树脂可以满足基本的设计要求 。WINDnovation首先表示有兴趣利用聚氨酯的特性和优势提升叶片设计 。这项研究表明，聚氨酯树脂适合于风力发电机叶片的制造，并且能降低叶片成本 。
图2 所示为东北地区大唐风力发电厂的一个风力发电机装置 。该风机叶片长 55.2 米，配有聚氨酯主梁和承剪腹板，自 2018 年 10 月以来一直运转良好 。附图显示了截至 2019 年 5 月中旬该风机的装机发电量(千瓦时) 。
截至 2019 年 5 月中旬，总发电量约为 30 万千瓦时，平均涡轮机使用率 99.6%

风力发电机叶片是什么材料做的？风力发电机叶片多少米

文章插图
图2 该风力发电机及其聚氨酯风机叶片使用频繁，但仍然运行良好
灵活的设计性及其优势
在生产叶片中使用的大型纤维复合材料部件时，全新的聚氨酯树脂具有灌注速度快和固化速度快的优势 。聚氨酯树脂的初始粘度很低，能在风机叶片生产过程中实现快速灌注 。图 3 显示在 25℃时，聚氨酯树脂粘度只有 58mPa.s，远远低于传统的环氧灌注树脂 。
图 3 不同温度时的初始粘度
在相同条件下，由于粘度低，聚氨酯树脂比环氧树脂的流动性更好，灌注速度更快 。
图4 显示，在 25°C 条件下，混合 140 分钟后聚氨酯粘度小于 600mPa.s，非常适合大型风机叶片生产使用 。尤其在 90 分钟开始时，聚氨酯粘度持续低于 300mPa.s，这意味着在风机叶片生产过程中，聚氨酯的灌注速度比常规的环氧注塑树脂快很多 。

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