国内外风电叶片技术现状与发展

　　*与环氧／玻纤复合材料大型叶片相比较，若采用热塑性复合材料叶片，每台大型风力发电机所用的叶片重量可降低10％，抗冲击性能大幅度提高，制造成本至少降低1／4，制造周期至少降低1／3，且可完全回收和再利用。
　　*爱尔兰Gaoth风能公司与日木三菱重工及美国Cyclics公司正在探讨如何共同研制低成本热塑性复合材料叶片。
　　*LM G1asfibre公司正开展此项研究，目的是用玻璃钢、碳纤维和热塑材料的混合纱丝制造叶片，这可能会使叶片的生产时间缩短50％。
　　*安全快捷地制造“绿色”的复合材料叶片正期待着复合材料叶片制造商去实现。

　　三、叶片设计技术不断进步

　　 叶片设计分为气动设计和结构设计两大阶段，通常这两阶段不是独立的，而是一个迭代的过程。风轮叶片的优化设计要满足的目标: 年输出功率最大化；最大功率限制输出；振动最小化和避免出现共振；材料消耗最小化；叶片结构满足适当的强度要求和刚度要求；保证叶片结构局部和整体稳定性。

　　1、翼型是叶片设计的基础

　　国内缺乏相关的数据库，国外典型翼型和优势如下：
　　1）美国Seri和NREL系列， Seri系列对翼型表面粗糙度敏感性低。
　　2）丹麦RISO—A系列，在接近失速时具有良好的失速性能且对前缘粗糙度敏感性低；
　　3）瑞典FFA．W系列，该系列具有良好的后失速性能。丹麦LM公司已在大型风机叶片上采用瑞典FFA．且该翼型将会在风机叶片设计中广泛应用。
　　4）荷兰DU系列和其它。

　　目前所能利用的典型风力机翼型特性

　　2、通过气动外形优化，大幅提高气动效率

　　通过改进叶片外形型面，改进空气动力和叶片受力状态，增加可靠性和对风能捕获量。

    　　Enercon司为抑制生成扰流和旋涡在叶片端部安装“小翼”，为改善和提高涡轮发电机主舱附近的捕风能力，对叶片根茎进行重新改进，缩小叶片的外形截面，增加叶径长度；对叶片顶部和根部之间的型面进行优化设计。在此基础上，Enercon公司在其71m的2MW风力发电机组，改进后叶片根部的捕风能力得以提高。在4.5MW风力发电机设计中继续采用此项技术，旋转直径为112m的叶片端部仍安装有倾斜“小翼”，使得叶片单片的运行噪音小于3个叶片(旋转直径为66m)运行时产生的噪音。

　　2）细长形叶片设计

　　丹麦LM公司提出了“Future Blade”的概念，且已在其54m和61.5m巨型叶片上使用了这种设计概念。LM公司研发部经理Frank V．Nielsen认为未来叶片设计的关键已从效率最大化转移到能量成本(COE)最优化，叶片将会更加细长，这种设计技术将会降低叶片载荷，叶片质量分布更加优化。

　　3）柔性和预弯设计是目前大型号叶片中广泛采用的设计技术

　　叶尖采用“柔性”设计理念进行设计，叶尖轻微弯曲。 降低了叶片风压和风机的驱动扭矩，并最大限度捕获所有可用风速范围内的风能，包括边缘的低风速区域，比传统的叶片捕风能力提高了5～10％。

　　四、复合材料制造工艺进步，促进了叶片的技术发展

　　1、湿法手糊成型：增强材料浸胶，一层一层地紧贴在模具上，手动赶出气泡/真空压实。

　　2、预浸料成型：提高性能、降低重量

　　预浸料成型方法是按设计要求的铺层顺序先将预浸料铺放在模具内，然后用真空袋将尚未成型的制件密封，抽真空，以排除在铺层内的气泡、挥发分和袋内的空气，按最佳的固化工艺参数在热压罐内固化成型叶片。对于40m以上叶片，VESTAS和GAMESA仍使用预浸料工艺。

　　3、真空灌注成型（RIM）：提高性能、降低制造成本

　　先将纤维织物等增强材料铺放在模腔里，然后抽真空，树脂基体在真空压力的作用下被导入模腔浸渍增强材料。