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解落三秋叶，能开二月红；过江千尺浪，入竹万竿斜。你猜，这是在描述什么呢？
是的，这就是风，这份大自然的美丽与特殊。我们领略过吹面不觉寒的和煦春风，也见识过风劲角弓鸣的威力，而风能早已渐渐走进我们的生活。
风能利用的历史
人类最早利用风能要追溯到波斯人利用垂直轴风机的碾磨；到了中世纪，北欧人利用水平轴风机驱动帆船航行；19世纪的美国，人们开始利用风力机提水灌溉。
风力机用于提水
到1887年，美国人Charles F.Brush建造了第一台风力发电机组，此后，经过长达一个多世纪的艰辛探索，不断的技术革新和应用的考验，才发展成今天的主流的上风向、水平轴、三叶片的塔式风力发电机，也使得风力发电成为风能利用主导方向。
主流风力机
随着传统化石能源的不可持续以及对全球环境的持续危害，以风力发电为主流的新能源已经成为世界各国优先和大力发展的替代能源。
风电叶片是风电机组中将自然界风能转换为风力发电机组电能的核心部件，也是衡量风电机组设计和技术水平的主要依据。
风电叶片的发展历程
由于机组功率容量很小，早期的风力发电机大多采用木质叶片，使用强度较好的整体木方做叶片纵梁来承担叶片在工作时所必须承受的力和弯矩，但木制叶片不易扭曲成型，且强度不高，在潮湿环境下也容易腐蚀；加之随着叶片尺寸的增加，木制叶片越来越无法满足大、中型风力发电机的要求，因此，木制叶片开始逐渐被其他材料所取代。
木质叶片
近代，叶片开始采用钢管或型钢做纵梁、钢板做肋梁，内填泡沫塑料外覆玻璃增强蒙皮的结构形式，钢梁结构承受绝大部分载荷，玻璃钢蒙皮形成气动外形，叶片纵梁的钢管及型钢从叶根至叶尖的截面逐渐变小，以满足扭曲叶片的要求并减轻叶片重量。
钢质叶片
随着铝合金材料在飞机机翼上的成功应用，由于机翼结构具有与风电叶片相似的受力和外形特征，因此引发了科学家对铝合金在风电叶片应用的浓厚兴趣。
用铝合金挤压成型的等弦长叶片易于制造，可连续生产，又可按设计要求的扭曲进行扭曲加工，叶根与轮毂连接的轴及法兰可通过焊接或螺栓连接来实现。与此同时，铝合金叶片也存在诸多弊端，虽然铝合金叶片重量轻、易于加工，但难以加工成从叶根至叶尖渐缩的叶片，此外，铝合金材料在空气中的氧化和老化问题，也对叶片的保养和后期维护提出了挑战，难以满足风机叶片长时间运行的要求。
铝合金叶片
上世纪50年代，纤维增强复合材料原材料体系被逐步开发，其潜在性能优势不断被发掘，随着应用技术的积累，长纤维增强聚合物基复合材料以其优异的力学性能、工艺性能和耐环境侵蚀性能，成为当今大型风力发电机叶片材料的首选。
聚合物基复合材料是由高分子聚合物（环氧树脂、不饱和树脂等）通过一定的成型工艺渗入长度不同的玻璃纤维或碳纤维而做成的增强塑料。
玻璃纤维（左）和碳纤维（右）
现阶段大型叶片一般采用真空吸注成型工艺，该工艺利用玻璃纤维和泡沫结构层的真空吸入常压下的液态环氧树脂，然后加热使树脂固化，被树脂浸润的纤维结构随即成为一个整体结构即复合材料叶片。与传统金属材料叶片制造工艺相比，真空吸注工艺生产效率更高、性能亦可根据设计纤维的方向自由调控，材料与结构一体化成型、产品尺度限制小，特别适合制造大型高强度结构件，故而成为现今风电叶片的主导制造工艺。
复合材料真空吸注工艺
现代叶片经历了从实心叶片结构向中空的结构转变。目前，叶片大多为箱型或者工字型主承力结构加上轻质的气动外形组成，其中承力结构位于翼型的最大厚度附近，这部分结构承受绝大部分外载荷。其他位置则为薄的壳体结构或者泡沫夹芯结构，这部分主要提供准确、光顺的气动外形，从而在保证叶片结构稳定性的同时降低叶片质量。由于风沙、雨水侵蚀和冰雹的侵蚀，为了保持叶片气动外形和保护叶片承力结构20年以上的使用寿命，叶片表面通常还需要涂覆防护油漆或树脂。
叶片截面结构
叶片材料的应用趋势
为了捕获更多风能、降低度电成本，海上风资源的开发受到越来越多国家的青睐，其具有风速平稳，湍流度小，距离用电负荷中心近等优势。
为了降低维护和基础建设成本，海上风电机组单机容量通常比陆上机组更大，所使用的叶片更长。2016年，丹麦LM公司生产了世界上最长的叶片，单只叶片长度达88.4米。
世界最长的风力涡轮机叶片LM 88.4 P（图片来自相关报道）
由于海上风电叶片的严苛要求，现在大规模使用的玻璃纤维增强复合材料已难以独立胜任。相较之下，碳纤维复合材料叶片的刚度为玻璃纤维复合叶片的两至三倍，极限和疲劳性能都优于玻璃纤维复合材料，是名副其实的高性能材料。尽管碳纤维复合材料的性能大大优于玻璃纤维复合材料，但因价格昂贵，影响了它在风电叶片上大范围应用。然而，碳纤维复合材料的应用已成为趋势，随着叶片长度的进一步延伸，碳纤维复合材料将成为超长叶片材料的不二选择。
大型海上风电机组
