風(fēng)電葉片應(yīng)用上，碳纖維為什么會(huì)替代玻璃纖維

    最近俄烏戰(zhàn)爭讓世人看到了能源的重要性，切身的體會(huì)就是咱們的油價(jià)又要漲了。風(fēng)力發(fā)電是新能源行業(yè)的一個(gè)重要方向，全球多個(gè)國家多家企業(yè)都在發(fā)展它。風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電的核心部件，制作材料從木質(zhì)到碳纖維經(jīng)歷的不斷的更迭，為什么現(xiàn)在碳纖維會(huì)替代之前的玻璃纖維了呢？

 

 

    風(fēng)電葉片材料的發(fā)展趨勢是什么？

 

    別看風(fēng)力發(fā)電是新能源行業(yè)，其實(shí)它已經(jīng)發(fā)展了100多年了，風(fēng)電設(shè)備上的葉片也從開始的木材、布變成了后來的鋁合金，再到現(xiàn)在的玻璃纖維復(fù)合材料和碳纖維復(fù)合材料。復(fù)合材料制成的風(fēng)電葉片是一個(gè)薄殼的結(jié)構(gòu)，由大梁、腹板和蒙皮組成，其中復(fù)合材料的重量占總體重量的90%以上。

 

    風(fēng)力發(fā)電發(fā)展至今，風(fēng)機(jī)功率越來越大，風(fēng)機(jī)葉片的長度也越來越長，隨之而來的是重量的越來越重。風(fēng)力發(fā)電需要高強(qiáng)度、高模量、低密度的材料來制造，才能在未來的發(fā)展中取得更大的優(yōu)勢，想要找打這種材料難度并不小。玻璃纖維復(fù)合材料和碳纖維復(fù)合材料就是較為合適的選擇，而且碳纖維復(fù)合材料的性能更好，更適合用在風(fēng)電葉片上。

 

    隨著我國風(fēng)電建設(shè)進(jìn)程的快速推進(jìn)，風(fēng)電也一躍成長為當(dāng)前碳纖維下游領(lǐng)域應(yīng)用規(guī)模中最大的部分。2020年咱們國內(nèi)碳纖維的需求量約為2萬噸，相較2016年的0.3萬噸大幅增加，2020年占碳纖維需求的比例達(dá)到40%。2016-2019年風(fēng)電裝機(jī)量相對平穩(wěn)，碳纖維需求仍大幅增長，主要原因是滲透率持續(xù)提升，這背后是風(fēng)電機(jī)組大型化對風(fēng)電葉片提出了更高要求。

 

 

    碳纖維材料在風(fēng)電葉片上的應(yīng)用有哪些？

 

    1、主梁帽：碳纖維復(fù)合材料在風(fēng)電葉片中最重要的應(yīng)用部位就是主梁帽，碳纖維主梁帽大幅減輕了葉片的重量，是目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)中最為常用的一種。

 

    2、蒙皮表面：碳纖維復(fù)合材料還可以使用在蒙皮表面上，減少作用在支撐梁上的受力和扭矩，采用良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)“材料誘導(dǎo)式”的葉片受載彎扭耦合。

 

    3、葉片根部：碳纖維復(fù)合材料使用在葉片根部時(shí)，可以增加根部材料的承載強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度，促使施加在螺栓上的動(dòng)態(tài)載荷減少，同時(shí)增加根部法蘭處的螺栓數(shù)量，從而增加葉片和輪轂連接處的靜態(tài)強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。

 

    4、葉片前后緣防雷系統(tǒng)：碳纖維復(fù)合材料使用于風(fēng)機(jī)葉片的前后緣，不僅可以提高葉片剛度、降低葉片質(zhì)量，利用特殊設(shè)計(jì)還可以具備避雷效果，降低自然雷電對葉片的損傷。

 

 

    相比于玻璃纖維，為什么碳纖維更受重視？

 

    風(fēng)電葉片的長度隨著材料和技術(shù)的提升而不斷加長，現(xiàn)如今全球最長的風(fēng)電葉片已經(jīng)突破了100米，而且是咱們國內(nèi)的企業(yè)生產(chǎn)出來的，雖然還在測試，但未來發(fā)展前景非常可觀。

 

    玻璃纖維復(fù)合材料的密度和碳纖維復(fù)合材料相差不多，單看重量來說玻璃纖維復(fù)合材料其實(shí)并不算差，不過玻璃纖維復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和抗拉模量卻遠(yuǎn)不及碳纖維復(fù)合材料，這才是碳纖維替代玻璃纖維的重要原因。因?yàn)殚L度太長，玻璃纖維復(fù)合材料性能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)出現(xiàn)共振和扭轉(zhuǎn)的問題，無法滿足大型化的需求。

 

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