我国风电市场机遇和兆瓦级玻璃钢风机叶片

　　二、国外兆瓦级风机叶片制造技术动向
　　风力发电依靠涡轮机完成，其中配套涡轮机的FRP复合材料叶片是重要的零部件，其占整个风电设备成本的20%左右。叶片的设计、选材和工艺又是决定风电装置性能与功率的主要因素，以及风力发电的单位成本。纵观全球叶片技术的发展趋势，并兼顾风机效能和降低成本两因素，叶片的制作正向大型化发展。单机功率愈大，每KW的发电成本就愈低。因此全球风电设备都在向兆瓦级大功率和长叶片方向开发。典型的丹麦LM公司是全球风力发电最大的集团，具有25年的生产实践经验。其叶片月产达7000片以上，已在中国天津设厂。LM公司也是全球唯一有In-House测试能力的公司，可针对其叶片进行Full-Scale的测试，所有的新设计叶片均可通过20年运转状况的测试才能获准投产。这些测试项目包括静态、动态、雷击测试等，其测试设备中的激光扫描仪，更为叶片提供精确的几何数据。LM公司目前生产最长的叶片为61.5m，是全球最长的叶片，重量为17.7吨，材质为环氧基玻纤增强复合材料，叶端等处采用碳纤，已按装在芬兰REpower公司的5MW海上风机上。LM公司叶片制造技术包括多功能机械手铺设玻纤，以提高铺设进度25%；在螺栓的支撑力上进行创新，可增加叶片20%的长度；采用RIM法缩短树脂渗透时间15-20%；以FRP模具取代钢模，实现低成本。据有关信息，丹麦国家先进技术基金会拨款0.6亿丹麦克朗用于LM公司进行创新型的新型叶片技术研究，该研究项目命名为“叶片之王”。是用FRP、C纤维和热塑性材料的混合纱去制造叶片。这种纱铺进模具后，加热模具，塑料纱线融化，将会使叶片的生产时间缩短一半。可以认为，LM的兆瓦级叶片的设计，制造技术是全球最先进，最富竞争力的。
　　在叶片设计上，LM公司还在10年前推出了一种新型具有弹性挠度的叶片概念，简称为预弯型叶片。该叶片在叶尖部分向外弯曲，使叶片在转动状态下，甚至处于强风时还能与塔体保持一定距离，避免叶片撞击塔架。预弯型叶片因其许可弯曲量变大，刚度相当，从而材料用量减少，重量减轻，而获取更多的风能。据有关方面透露，这种预弯型叶片与标准型叶片相比，风场在2.6m/秒风速条件下即可起动。据了解，LM公司与GE公司合作的项目中对开发加长叶片增加电量进行案例分析测定，用40.3m长的叶片替换了原有1.5MW风机上的37.5m长的叶片，结果标明发电量增加7%，究其原因是其外圆扫风面积比内圆扫风面积增加了14.8%。（附效果图）
　　为降低发电成本，除叶片设计外，材料和工艺成型日新月异，通过材料和工艺的选择达到轻量化和功能化，从而提高风能的效能。叶片制造通常经过五个步骤完成：叶梁→叶片分瓣外壳→组装粘结→固化加热硬化→离模后装修磨光处理。从1992~1999年，欧洲风电单机平均功率为200~700kw，叶片长度从12m~22m。2000年开始，单机功率增至900kw，叶片长度达25m。这两年单机功率由1~2.0MW以上发展，叶片长度达到40m，当前研发正朝着3-5MW，叶片长度向50~60m迈进。

　　制造叶片的材料工艺对其成本具有决定性，因此，材料的选择，制作工艺的优化十分重要，通常材料根据叶片长度不同而选用不同的复合材料，目前最普通采用的是GF/UP、GF/VE、GF/EP。随着发电机功率的增大，叶片长度不断加长，因此必须使用先进的材料来减轻重量，以达到轻质高强和高刚性。
　　E玻璃纤维和Advantax玻璃纤维：E玻纤为目前叶片主流增强材料，与许多树脂、成型工艺匹配性较佳，目前开发的许多编织形式，如单轴向、双轴向、三轴向、四轴向甚至三维立体结构等，以满足不同的需要，使灵活的结构设计得到更好的体现。但是，E玻璃纤维的密度比较大，因此，超大型叶片上较难适合。为了获得叶片玻纤增强材料最好的性价比，近几年，OCV公司在全球叶片市场上推出更高性能的Advantax玻纤，该玻纤与E玻纤相比，具有高的强度和模量，成功应用在兆瓦级叶片制造上。虽然S玻璃纤维模量能达到 85.5Gpa，比E玻璃纤维高18%，强度高出33%，从技术角度而言，人们对于应用高强度高断裂应变的S玻璃纤维在风力机叶片上比较感兴趣，但价格很高，因此未能成为叶片主导增强材料。（附表）