碳纖維復(fù)合材料在風(fēng)力發(fā)電上的應(yīng)用已經(jīng)得到了驗(yàn)證，但是具體使用在風(fēng)機(jī)上的哪些部位需要從設(shè)計(jì)角度來權(quán)衡。考慮到碳纖維復(fù)合材料的價(jià)格因素以及存在的缺陷，因此以下的5個(gè)部位是比較理想的應(yīng)用實(shí)例。
 
碳纖維復(fù)合材料在風(fēng)電葉片中應(yīng)用實(shí)例
 
碳纖維復(fù)合材料在風(fēng)電葉片中應(yīng)用實(shí)例
 
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。2004年GEC設(shè)計(jì)了一個(gè)用于3MW機(jī)組的風(fēng)力葉片，長度約為50m，葉片主梁帽中50%由碳纖維復(fù)合材料制成，另外50%由玻璃纖維復(fù)合材料制成，相比于全玻璃纖維的葉片，該款葉片的重量從9790kg下降到8236kg，減輕了16%，葉根處的重力誘導(dǎo)彎矩減少了26%。
 
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。據(jù)NEG麥康公司的專利報(bào)導(dǎo)，葉片在總長度的60%到85%部分用碳纖維復(fù)合材料條帶加固葉片蒙皮橫截面外部圓周的一個(gè)薄層，可明顯提高蒙皮抵抗拉力和壓力的能力。
 
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(duì)葉片的損傷。
 
風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)
 
碳纖維復(fù)合材料在風(fēng)電行業(yè)中應(yīng)用前景
 
考慮到復(fù)合材料迭代的因素，目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片上玻璃纖維復(fù)合材料的使用更多。另外現(xiàn)階段碳纖維復(fù)合材料的價(jià)格較高，想要替代玻璃纖維復(fù)合材料還需要一定的時(shí)間。
 
未來風(fēng)電的發(fā)展對(duì)于碳纖維復(fù)合材料的用量會(huì)有一個(gè)逐漸上升的趨勢(shì)，在海上風(fēng)電領(lǐng)域這個(gè)趨勢(shì)更為明顯。海上風(fēng)電機(jī)組的額定功率超過20MW、轉(zhuǎn)子直徑超過200m，在主梁帽、蒙皮等部位使用碳纖維復(fù)合材料，所帶來的風(fēng)能利用率更高。
 
碳纖維復(fù)合材料的加入，可以降低風(fēng)力發(fā)電的成本。隨著更多風(fēng)力電機(jī)組相關(guān)制造廠商的加入，市場(chǎng)區(qū)域良性，技術(shù)不斷更新，碳纖維復(fù)合材料的價(jià)格走低，將會(huì)更好的服務(wù)于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。