风力发电系统的复合材料

玄武

风能是一种清洁可再生能源，取之不尽，用之不竭。预计2015年全球用电量将达到2.2PW，到2030年将达到3.0PW。如果利用10％的风能资源的水平，那就满足全球1/4的电力需求量。风力发电系统的复合材料主要有：风力发电机的绝缘复合材料，风力发电叶片与机舱罩、贮能用复合材料飞轮等，风力发电机的绝缘复合材料要求无气隙、局放小，耐高温、交频电场下抗裂解性好等特点。

    目前，风力发电机机组正朝着大型化发展，风轮直径已突破120米，最长的叶片已做到61.5米，叶片自重达18吨，大型叶片这对材料的强度和刚度提出了更加苛刻的要求，全玻璃钢叶片已无法满足叶片大型化，轻量化的要求。由于碳纤维的密度比玻璃纤维小约30％，强度大40％，模量高3至8倍，大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹、轻质的优点。 使用CFRP，直径为120米风轮叶片有效减少总体自重达38％，叶片成本降低14%，并使整个风力发电装置成本降低4.5%。目前，中材叶片、中复连众、南通东泰电工、GE、Vestas、Gamesa、NEG micon、Nordex Rotor、Repower、DeWind等公司在39.2～90米的叶片上应用了CFRP材料。未来海上风电机组的额定功率将超过20MW、转子直径约200米，碳纤维能够为海上风力发电提供更轻质、更抗拉力、更耐腐蚀的叶片和塔架材料。

    与钢质飞轮相比，复合材料飞轮储能系统具有飞轮重量轻、整个容积的重量轻、比较安全（转子本身及外壳）、比能高特点，储存同等能量的复合材料飞轮几乎要比钢质飞轮轻一个数量级。碳纤维复合材料飞轮贮能技术是风力发电得到长久发展的关键技术。自1994年中科院电工所、玻璃钢研究设计院、北京航空工业研究所开展飞轮储能机组的研究工作，完成了2KW～10KW固定式原型机的研制，其中复合材料飞轮转子由高强纱增强环氧树脂圆环过渡到高强纱增强环氧树脂内环和碳纤维增强环氧树脂外环的FRP复合转子。十二五期间，国家电网公司为了提高风力发电、太阳能发电系统的利用率，着手电力贮存系统的研究，碳纤维复合材料飞轮也将是一个重要的开发领域。

来源： 中国玻璃钢综合信息网
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