风电叶片用芯材地研究进展.pdf

上海市粘接技术协会第七届第一次学术年会 风电叶片用芯材的研究进展 蒋文俊 上海康达化工新材料股份有限公司 1．引言 据中国科学院院士、中国科学院能源研究委员会副主任严陆光的研究，地球数十万年积 聚下来的石油、煤炭、天然气等化石能源，大体上可以为人类使用300年。根据现在探明的 储量和消耗水平计算，石油可用30至50年，天然气可用60至80年，煤炭可用时间长一些， 大约100至200年。总体上化石能源大约还可供人类使用100年左右。这些都意味着在不久 的将来会出现严重的化石能源危机。因此，寻找和利用新的能源己成为当前全世界所关注的 焦点。 风能是一种干净的自然能源，可再生，不消耗任何燃料，取之不尽，用之不竭，没有常 规能源(如煤电，油电)与核电会造成环境污染的问题。全球的风能约为2．74万亿kw，其 中可利用的风能约为200亿kw，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。平均每装一 台单机容量为1MW的风能发电机，每年可以减排2000吨二氧化碳(相当于种植1平方英里 的树木)、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮。《风力12》提出，到2020年发电装机容量将达到 12．3l亿kw，创造1．79亿个就业机会，使发电成本降低40％，并累计减排二氧化碳1092．1 万吨。 对于“零排放”风电的需求，正推动着风力机在尺寸和功率上向大型化发展。在风力机 大型化趋势背后一个关键性的驱动力是经济性：根据美国风能协会最近一份报告，更高的风 力机凭借更长的叶片和更大的扫掠区域，能以每千瓦时更低的成本产生更多的电力。中国风 能协会的统计数据显示，国内风电市场的快速增长，给叶片制造企业带来了巨大商机。2009 年中国新增风电装机10129台，其中叶片市场销售总额达120亿人民币。专业叶片生产企业 供应量大约6500副，市值超过70亿元。如果我国到2020年风电装机容量达到1．5亿千瓦， 那么未来10年中，每年仅国内叶片市场就会有120亿元以上的市场需求，因而占叶片总成 本20％的夹芯材料的需求量每年也会超过25亿元。必威体育精装版数据表明，我国风电2010年累计装 机容量达到4182．7万千瓦，已超过美国成为世界第一风电装机大国。 作为风力发电四大部件之一的叶片生产也取得了长足发展。风电叶片的生产因形状、尺 寸大小、生产技术的不同，对生产工艺及材料的要求略有所不同，但受力主体基本由玻璃钢 t海市粘接拄术悱会第t届第次学术年会 与闭孔夹芯材料组成。夹芯材料一般包括剪切腹板和结构泡沫芯材两个部分．是风电叶片的 关键材料之一。为减轻叶片自身重量，增加结构刚度．防止局部失稳，提高整个叶片的抗载 荷能力，在叶片的前绦、后缘以及剪切肋等部位．一般都会采用宠层结构，这就需要用到夹 芯材科，其成本约占叶片材料总成本的20％，需求量也会醢着风电事业的发展而不断增加。 面凄 2．风电叶片用芯材的种类及性能 随着叶片日趋大型化和市场竞争的加剧，叶片制造商们不断优化着他们的设计以保持竞 争优势。大犁叶片其更严格的产品规格和更加频繁的新设计对新型芯材意味着更好的机会。 风电叶片用芯材主要是指轻本与泡沫塑料芯材两种夹芯材料，通常都是闭孔结构。目前 用于风叶的泡沫塑料芯材大致包括热塑性的聚氯乙烯(PVC)泡沫、聚对苯二甲酸乙二醇酯 泡淋以厦热同性的硬质聚氨酯(PU)泡沫。 2．1．轻木 轻术夹芯材料是一种天然产品，常见的轻本夹芯材料为Baltek(博蠢克)公司的sB系列 balsa末，其在全球市场的占有率超过70％。Balsa轻术主要产自南美洲的种植同。由于气候 原因，Balsa轻木在当地生长速度特别快，所队比普通木材轻很多，且其纤维具有良好的强 度和韧性．特别适用于复合材料夹层结构。 t海市轴接技术讲会第七月第一枚学术年会 250 BaltekSB轻木夹芯材料的密度范围在100kg／m4之闻，其牟身是种类似微孔的 蜂窝结构，用于叶片时一般会在轻术两个表而用专用处理女4淙刷封孔，防止树脂渗入轻木 内部。m：]：Balsa轻木强度‘0刚度较大部分同密度的泡沫塑料高，凼此，般将其用于承受 载荷较大的靠近叶根的部位。