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碳纤维材料在风力发电机方面的应用

文章出处:网络责任编辑:管理员人气:发表时间:2015-09-29【

      全球第2大风电巨头西班牙歌美飒公司在天津设立的风力发电机生产基地正式投产,这将是歌美飒在海外仅次于美国的第2大生产基地,2008年前总投资额将达6000万欧元。至此包括丹麦维斯塔斯、印度苏司兰、GE能源在内的全球4大跨国风电巨头已齐聚中国。中国环氧树脂行业协会专家表示,风电设备将成为国内环氧树脂未来的市场。
     在歌美飒的天津组装厂,可以看到风力发电机是庞然大物,塔架高达44至65米,环氧树脂复合材料制造的巨大叶片旋转直径达52米,而装在叶片后面的发电机机舱更是重达20吨。这些能量巨大的风力发电机将被源源不断输送到位于西北、东北、东南沿海一带的十几个国内风电厂。风力发钢电技术成本越来越低,在欧洲已开始全面替代煤电,在西班牙、丹麦等国,甚至已经逼近水电的市场份额。在过去20多年中风电技术迅速进入大规模商业化阶段,成为可再生能源中增长最快的领域之一。数据显示现在风电成本下降到每千瓦时0.03~0.06美元,接近煤发电的成本。这为风电推广提供了条件,也为国内环氧树脂提供了广阔新市场。

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      据悉,歌美飒天津基地现在年组装能力为820台,实现装机容量700兆瓦,未来几年生产能力将提升到1200兆瓦,2020年实现4万兆瓦的目标,在中国市场具有领先地位。与歌美飒一样紧盯中国市场的还有其他多家跨国风电巨头。2个多月前美国GE能源集团在中国的首个风机组装厂于沈阳正式宣布成立。同样是在今年6月,成立1年的丹麦维斯塔斯风力发电设备(中国)公司,在天津的新工厂正式投产,一期投资额为3000万美元,主要生产风机的核心部件叶片。中国是全球风能发展前途最大的国家之一,参加歌美飒天津基地投产仪式的欧盟商会相关负责人表示。截至去年年底我国风力发电上网装机容量仅为1000兆瓦,在能源结构中的比重和发电设备制造水平,都远远落后于欧美发达国家,甚至不如开发风能晚于我国的印度。
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      根据国家发改委的规划,到2020年我国风力发电能力将达到3万兆瓦,按照目前每千瓦装机容量投资7000元计算,未来15年中国风电设备市场规模将超过2000亿元。目前4家抢占市场空白的风电巨头在华年生产能力已经超过3000兆瓦,这令国内风电设备厂商面临巨大压力,但风电设备对环氧树脂引成巨大需求。中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-e.cn)专家介绍说,风力发电装置最关键、最核心的部分是转子阶叶片,叶片的设计及其采用的材料决定着风力发电装置的性能和功率,也决定着其电力成本及价格。复合材料在风力发电上的应用,实际上主要是在风力发电转子叶片上的应用。风力发电转子叶片占风力发电整个装置成本的15~20%,制造叶片的材料工艺对其成本有决定性影响。因此材料的选择、制备工艺的优化对风力发电转子叶片十分重要。风力发电转子叶片用的材料根据叶片长度不同而选用不同的复合材料,目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯树脂、玻璃纤维增强环氧树脂和碳纤维增强环氧树脂。中国环氧树脂行业协会专家表示,从性能来讲碳纤维增强环氧树脂最好,玻璃纤维增强环氧树脂次之。随叶片长度的增加,要求提高使用材料的性能以减轻叶片的质量。同样是34米长的叶片,采用玻璃纤维增强聚酯树脂质量为5800公斤,采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为5200公斤,采用碳纤维增强环氧树脂时质量为3800公斤。因此叶片材料发展的趋势是采用碳纤维增强环氧树脂复合材料,特别是随功率的增大、叶片长度的增加,更要求采用碳纤维增强环氧树脂复合材料。
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      目前世界风力发电进一步向大功率、长叶片方向发展。由于风力发电单位成本随风力发电的单机功率的增大而降低,因此从安装第一台现代化的风力发电装置起单机功率一直增长、叶片的长度也在不断增长,这给碳纤维增强环氧树脂复合材料带来更大空中。现在风力发电机叶片长度达到50米已经不稀奇,风力发电叶片最大制造商LM GLASFIBER公司已关闭了专门生产长度在24米以下的叶片厂。由于风力发电向大功率、长叶片方向发展,除了要求提高改进材料的性能,对转子叶片也不断提出更新设计要求,进而又对材料提出新要求。当然碳纤维增强环氧树脂复合材料在风力发电上的大量采用,也面临价格的压力。叶片中心针对我国大规模发展风力发电的需要,瞄准未来世界风电技术的发展方向,紧密围绕我国大规模风能利用需要解决的主要科学问题,开展涉及风力透平叶片的基础理论研究,对我国来说十分重要。风力发电对复合材料的需求市场不忽视,我国复合材料起步不算很晚,工艺研发工作也有较好业绩,而环氧树脂等基材业近年也有长足进步。 
 

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