复合材料在风电叶片制造领域的应用和未来发展

风力发电基础知识

风力发电基础知识 风力发电是将风能转换成电能，风能推动叶轮旋转，叶轮带动转动轴和增速机，增速机带动发电机，发电机通过输电电缆将电能输送地面控制系统和负荷。风力发电技术是一项多学科的，可持续发展的，绿色环保的综合技术。 风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过 增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风 车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可 以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电 没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。 转子空气动力学 为了解风在风电机的转子叶片上的移动方式，我们将红色带子 绑缚在模型电机的转子叶片末端。黄色带子距离轴的长度是叶 片长度的四分之一。我们任由带子在空气中自由浮动。本页的 两个图片，其中一个是风电机的侧视图，另一个使风电机的正视图。 大部分风电机具有恒定转速，转子叶片末的转速为64米/秒，在轴心部分转速为零。距轴心四分之一叶片长度处的转速为16米/秒。图中的黄色带子比红色带子，被吹得更加指向风电机的背部。这是显而易见的，因为叶片末端的转速是撞击风电机前部的风速的八倍。 为什么转子叶片呈螺旋状？ 大型风电机的转子叶片通常呈螺旋状。从转子叶片看过去，并向叶片的根部移动，直至到转子中心，你会发现风从很陡的角度进入（比地面的通常风向陡得多）。如果叶片从特别陡的角度受到撞击，转子叶片将停止运转。因此，转子叶片需要被设计成螺旋状，以保证叶片后面的刀口，沿地面上的风向被推离。 风电机结构

机舱：机舱包容着风电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱左端是风电机转子，即转子叶片及轴。 转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很象飞机的机翼。 轴心：转子轴心附着在风电机的低速轴上。 低速轴：风电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。 齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。 高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。 发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。 偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装 置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。 图中显示了风电机偏航。通常，在风改变其方向时，风电机一 次只会偏转几度。 电子控制器：包含一台不断监控风电机状态的计算机，并控制 偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该 控制器可以自动停止风电机的转动，并通过电话调制解调器来 呼叫风电机操作员。 液压系统：用于重置风电机的空气动力闸。 冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风电机具有水冷发电机。 塔：风电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。 风速计及风向标：用于测量风速及风向。 风电机发电机 风电机发电机将机械能转化为电能。风电机上的发电机与你通常看到的，电网上

复合材料风电叶片先进制造技术研究现状

复合材料风电叶片先进制造技术研究现状 摘要：在风电行业中，材料的选择对叶片的性能有重要的影响。随着科技水平 的进步，复合材料自出现就得到了认可，并在发展中快速推广，作为风电叶片复 合材料有自身优势。复合材料风电叶片也比常规材料风电叶片有更好的性能，因 此获得了广泛的应用。本文将围绕复合材料风电叶片的制造和发展进行分析，以 供参考。 关键词：复合材料；风电叶片；制造；发展 1.前言 当前，自动化技术在逐渐向制造业慢慢渗透，推进了制造业进入了自动化的 行业。为了抓住这个千载难逢的机会，我国的各个行业都在积极探索先进的自动 化技术，促进制造行业的快速转型，促进发展。 2.自动化智能化制造技术 2.1智能温控模具技术 模具是形成叶片的关键。现有的叶片模具加热方法通常是电加热或水加热。 电加热重量轻，温度迅速升高，并且可以轻松实现灵活的控制。它具有低成本的 水加热和稳定的温度控制能力。然而，这两种常规加热方法的缺点是不能实时反 映模具工作表面的温度。在叶片成型过程中，特别是在固化阶段，模具表面温度 的准确性直接影响叶片材料的最终性能。如果叶片的固化温度过低且固化程度不足，则产品性能将无法满足设计要求。如果温度太高，树脂的反应可能会恶化， 热量可能会集中，并且模具和产品可能会报废。因此，能够智能地控制和调节温 度的模具对于确保风力涡轮机叶片制造的可靠性至关重要。 2.2自动铺放技术 如今，复合风叶片的组件生产以劳动力手工作业为主，包括蒙皮，玻纤布、 腹板和大梁，沉重、复杂并且难以准确放置。有效地保证铺层的平坦度并不容易，并且最终叶片的质量和性能不稳定。由于叶片的尺寸较大且布局复杂，因此很难 将自动布局应用于叶片生产，因此，近年来，这项技术是划时代的并且已得到广 泛应用。 （1）主梁自动铺放及成型技术 主梁是叶片的主要承重组件，通常在铺设过程中不能有褶皱，并且需要很高 的放置精度，因此需要很长时间。通常，大叶片主梁层需要大约2个小时的铺设 时间。 （2）壳体自动铺放技术 当前，铺设玻纤布的主要方法是使用手工来铺设，但是耗时长，并且在铺设 过程中需要手动调节和铺设。由于用手拉动玻璃纤维布，因此会发生玻璃纤维布 的变形及其对产品质量的影响等问题。用于风力发电叶片的自动铺设装置主要包 括机械臂，放置头，光纤交叉输出，光纤交叉切割，压缩，光学位置检测，3D激光扫描仪。在此过程中，压辊在每个输出设备顶部和底部的反向移动以及织物上 的相对压力允许织物的运输。在机械臂的驱动下，铺层沿着导轨移动，从而完成 了在模具中铺布。 2.3自动打磨技术 目前，复合风轮机叶片的打磨主要是人工打磨，劳动强度大，污染环境，粉 尘对人体有害。当前，正在开发各种自动研磨技术和设备，其基本上使用机器人臂，自动引导车辆或导轨，智能控制系统，传感器等来根据预设程序来定位和定

风电叶片设计流程

叶片设计流程 一．空气动力设计 1．确定风轮的几何和空气动力设计参数 2．选择翼型 3．确定叶片的最佳形状 4．计算风轮叶片的功率特性 5．如果需要可以对设计进行修改并重复步骤4，以找到制造 工艺约束下的最佳风轮设计。 6．计算在所有可遇尖速比下的风轮特性 对于每个尖速比可采用上面步骤4所述的方法，确定每个叶素的空气动力状态，由此确定整个风轮的性能。 7．风力机叶片三维效应分析 8．非定常空气动力现象 9．风力机叶片的动态失速 10．叶片动态入流 二．风机载荷计算 作为风力机设计和认证的重要依据，用于风力机的静强度和疲劳强度分析。国际电工协会制定的IEC61400-1标准、德国船级社制定的GL 规范和丹麦制定的DS 472标准等对风力机的载荷进行了详细的规定。

2.1IEC61400-1 标准规定的载荷情况 2.2风机载荷计算 1计算模型 1）风模型 （1）正常风模型 （2）极端风模型 （3）三维湍流模型 2）风机模型 风机模型包括几何模型、空气动力学模型、传动系统动力学模型、控制系统闭环模型和运行状态监控模型等。 2风力机载荷特性 1）叶片上的载荷 （1）空气动力载荷 包括摆振方向的剪力Q yb和弯矩M xb、挥舞方向的剪力Q xb和弯矩M yb以及与变浆距力矩平衡的叶片俯仰力矩M zb。可根据叶片空气动力设计步骤4中求得的叶素上法向力系数Cn和切向力系数Ct, 通过积分求出作用在叶片上的空气动力载荷。 （2）重力载荷 作用在叶片上的重力载荷对叶片产生的摆振方向弯矩，随叶片方位角的变化呈周期变化，是叶片的主要疲劳载荷。 （3）惯性载荷

（4）操纵载荷 2）轮毂上的载荷 3）主轴上的载荷 4）机舱上的载荷 5）偏航系统上的载荷 6）塔架上的载荷 三．风力机气动弹性 当风力机在自然风条件下运行时，作用在风力机上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使结构产生变形和振动，影响风力机的正常运行甚至导致风力机损坏。因此，在风力机的设计中必须考虑系统的稳定性和在外载作用下的动力响应，主要有①风力机气动弹性稳定性和动力响应②风力机机械传动系统的振动③风力机控制系统（包括偏航系统和变浆距系统等）的稳定性和动力响应④风力机系统的振动。 3.1风力机气动弹性现象 1．风力机叶片气动弹性稳定性问题 2．风力机系统振动和稳定性问题 3.2风力机气动弹性分析 目的是保证风力机在运行过程中不出现气动弹性不稳定。主要的方法是特征值法和能量法。特征值法是在求解弹性力学的基本方 程中，考虑作用在风力机叶片上的非定常空气动力，建立离散的描述风力机叶片气动弹性运动的微分方程。采用Floquet理论求解，最后 稳定性判别归结为状态转移矩阵的特征值计算。

风电发展趋势

一、世界风电产业发展的总趋势 世界能源消耗量的持续增加，使全球范围内的能源危机形势愈发明显，缓解能源危机、开发可再生能源、实现能源的可持续发展成为世界各国能源发展战略的重大举措。风能作为可再生能源的重要类别，在地球上是最古老、最重要的能源之一，全球范围内的巨大蕴藏量、可再生、分布广、无污染的特性使风能发电成为世界可再生能源发展的重要方向。 1、世界风电装机容量发展迅猛 基于美国、德国、法国、丹麦等发达国家对发展风能的高度关注，以及积极出台并实施促进风电发展的相关政策、措施极大地推动了世界风电产业的发展。据全球风能协会(GWEC)公布的1995-2009年统计数据，比较详实地揭示了世界风电装机容量的增长趋势。截至2006年底，世界风电装机新增装机容量为15. 197 GW（吉瓦，相当于103兆瓦），同比2005年增长31.8%, 1995年以来平均年增长27.24%：世界风电装机累积容量己达74.223 GW,同比2005年增长25.6%, 1995年以来平均年增长28.35%.最近GWEC数据显示：2007年世界新增风电装机容量为20.073 GW, 2008年新增装机容量超过27. 00 GW, 2009年新增装机容量为36. 5 GW,累计风电装机容量已逾150. 00 GW。 2、欧洲引领世界风电产业的发展 20世纪90年代起，欧洲制定了《风电发展计划》，确立了风电发展目标：2010年风电装机容量达到40 GW,并要求其成员国基于此发展目标制定本国的发展目标与计划。在德国、西班牙和丹麦等国推动下，风电在欧洲大多数国家得到了快速的发展。 3、风电已成为世界主要替代能源之一

风电叶片制造工艺现状及我国目前市场格局

风电叶片制造工艺现状及我国目前市场格局 目前国外风机叶片大量采用复合材料制造，并向大型化、低成本、高性能、轻量化、多翼型和柔性化方向发展。而国内的风机叶片起步晚，离高性能叶片的要求有一定的距离。目前国外大的风力机叶片厂家已积极抢滩中国，如LM、Vestas、Gamesa以及Suzlon等均已入驻天津，就地生产叶片，占据了很大的市场份额。国内的主要厂家如中复连众、保定惠腾等均有引进技术。国家对可再生清洁能源的支持，加快了风力发电的发展速度，也为我国的大型复合材料叶片开发提供了一个不可多得的发展机遇。面临着巨大的市场需求和强劲的国际竞争，我国大型复合材料叶片有着巨大的发展机遇与挑战。 风电叶片制造工艺发展现状 传统复合材料风力发电机叶片多采用手糊工艺制造。手糊工艺的主要特点在于以手工劳动为主，简便易行、成本低，但效率亦低、质量不稳定且工作环境差，多用于中小型叶片的成形。因此手糊工艺生产风机叶片的主要缺点是产品质量对工人的操作熟练程度及环境条件依赖性较大，生产效率低，而且产品质量均匀性波动较大，产品的动静平衡保证性差，废品较高。特别是对高性能的复杂气动外型和夹芯结构叶片，还往往需要黏接第二次加工，黏接工艺需要黏接平台或型架以确保黏接面的贴合，生产工艺更加复杂和困难。 叶片最新发展的成型方法是RTM，即树脂转移模塑成型法。将纤维预成型体置于模腔中，然后注入树脂，加温加压成形。RTM是目前世界上公认的低成本制造方法，发展迅速，应用广泛。应该指出的是RTM是该法的一个总称，其中可有多种分支。生产大型叶片多用的是VARTM和SCRIMP法。VARTM即真空辅助RTM一边抽真空一边注入树脂，此时只用单面模具，另一面用真空袋。SCRIMP即西曼复合材料熔塑成形法，为美国人西曼所发明，仅需单面模具且要求简单，另一面亦为真空袋，适用于制造大型复杂制件。TPI Composites公司已用该法制造了30m长的叶片。Vestas公司和Gamesa公司都采用了预充填的方法，该方法将预充填层切裁成合适的尺寸并放进上、下模段中，一个空心的翼梁也被分层覆盖在一个芯轴柄上。塑料薄膜被铺在三个模型之上，并利用真空法将多层纤维压缩在一起并挤走任何隐蔽的气泡。在真空状态时将模型加热到120 ℃，环氧树脂聚合物将变成黏度非常低的材料，空气释放有助于预充填层固紧在一块，几分钟后，升温使环氧树脂聚合物固化，固化之后，将塑料薄膜移走，将叶片部件黏合成一体。 随着叶片技术的发展，热塑材料得到了应用。LM Glasfibre公司用玻璃钢、碳纤维和热

风电技术现状及发展趋势

风电技术现状及发展趋势 Current Situation and Developing Trend of Wind Power Technique The paper mainly discusses the current situation and developing trend of wind power technique. Abstract: Key words: anemo-electric generator ； current situation ； developing trend 0 引言 风电古老而现代，但之所以到近代才得以发展，是因为在这方面存在许多实际困难。主要表现在：（1）风本身随机性大且不稳定，对其资源的准确测量与评估存在误差；（2）风速大小、风力强弱、风的方向都随时间在变化，设计制造在不同风况下都能保持稳定运行的风电系统，并使其风电输出功率效率高且理想平滑十分困难；（3）风为间歇式能源，有功功率与无功功率都将随风速的变化而变化，在与电网连接时，需要考虑输出功率的波动对地区电网的影响。此外，在降低制造成本和运行维护费用的前提下如何提高系统运行的安全性与可靠性、如何延长的寿命以及改善系统储能措施使其容量更大、体积更小、效率更高且寿命更长等问题上尚有待于得到更完善的解决。 1 风力发电技术发展现状 现代风力发电系统由风能资源、组、控制装置及检测显示装置等组成。组是风电系统的关键设备，通常包括风轮机、发电机、变速器及相应控制装置，用来实现能量的转换。完整的并网风力发电系统结构示意图见图1。

率曲线比较 长期以来风力发电系统主要采用恒速恒频发电方式（ Constant Speed Constant Frequency 简称CSCF）和变速恒频发电方式（Variable Speed Constant Frequency 简称VSCF）两种。 恒速恒频发电方式，概念模型通常为“恒速风力机 +感应发电机”，常采用定桨距失速或主动失速调节实现功率控制。在正常运行时，风力机保持恒速运行，转速由发电机的极数和齿轮箱决定。由于风速经常变化，功率系数C p不可能保持在最佳值，不能最大限度地捕获风能，效率低。 变速恒频发电方式, 概念模型通常为“变速风力机+变速发电机（双馈异步发电机或低速永磁同步发电机）”，采用变桨距结构，启动时通过调节桨距控制发电机转速；并网后，在额定风速以下，调节发电机反转矩使转速跟随风速变化以保持最佳叶尖速比从而获得最大风能；在额定转速以上，采用变速与桨叶节距的双重调节限制风力机获取的能量以保证发电机功率输出的稳定性。 前者结构简单、运行可靠，但其发电效率较低，而且由于机械承受应力较大，相应的装置成本较高。后者可以实现不同风速下高效发电从而使得系统的机械应力和装置成本都大大降低。两者运行功率曲线比较如图 3所示。可以看出，采用变速恒频发电方式, 能在风速变化的情况下实时调节风力机转速，使之始终在最佳转速上运行，捕获最大风能[2]。 2 风力发电技术发展趋势

我国风力发电现状及发展趋势

我国风力发电现状及发展趋势 摘要：随着环境和能源问题的日益严峻，可再生能源的开发，尤其是风力发电技术已被国家政 府所重视。本文概述了风力发电的基本现状，分析了风电在国内外的发展状况、主要面临的问 题及其解决途径和发展前景。 关键词：风力发电；现状；发展趋势 1.风力发电概述 众所周知, 可再生能源有水能、风能、太阳能、生物质能、潮汐能、地热能六大形式。其中, 风能源于太阳辐射使地球表面受热不均、导致大气层中压力分布不均而使空气沿水平方向运动所获得的动能。据估计, 地球上可开发利用的风能约为2*107 MW, 是水能的10倍, 只要利用1%的风能即可满足全球能源的需求[1]。据中国气象科学研究院估算，在中国，10m 高度可开发的风能为10亿kW 以上（陆地2.5亿kW ，海上7.5亿kW ）[2]。 在石油、天然气等不可再生能源日益短缺及大量化石能源燃烧导致大气污染、酸雨和温室效应加剧的现实面前, 风力发电作为当今世界清洁可再生能源开发利用中技术最成熟、发展最迅速、商业化前景最广阔的发电方式之一已受到广泛重视[3]。 2.风力发电原理风力发电机的分类 2.1.风力发电原理 力发电是将风能转换为机械能进而将机械能转换为电能的过程。风吹动风力机叶片旋转, 转速通常较低, 需要齿轮箱增速, 将高速转轴连接到发电机转子并带动发电机发电, 发电机输出端接一个升压变压器后连接到电网中。典型的风力发电系统包括风力机(叶片、轮毅等部分)及其控制器、转轴、换流器、发电机及其控制器等。风速、作为风力机及其控制器的输入信号, 风力机控制器将风速与参考值进行比较, 向风力机输出桨距角信号, 调整输出机械转矩T 和机械功率 。转轴输出的机械功率输入到发电机中, 发电机的输出功率经过换流器输送到变压器中, 最终输送至电网。 风能的表达式为： 32 1νρts E = (式1-1) 式中：s —单位时间内气流流过截面积(m 2) ρ—空气密度(kg/m 3) v —风速(m/s)

最新风电领域复合材料的市场发展

最新风电领域复合材料的市场发展 风能在可再生能源领域继续占据主导地位，并且一直是世界上最大的玻璃纤维增强复合材料市场。随着叶片越来越长，叶片制造商正在寻找在不牺牲性能的情况下减轻大型结构重量的方法，也在使用碳纤维。风电叶片仍然是复合材料的关键市场领域。根据Acumen Research and Consulting 《全球行业分析，市场规模，机遇与预测，2017 – 2023年》的预测，全球风力涡轮机复合材料市场的价值到2023年可能超过120亿美元，并且预计到2023年将以9.6%的复合年增长率增长。 根据美国风能协会的报告，在过去的10年中，美国的风力发电量增加了近四倍，攀升至96,433兆瓦。在2019年第二季度，美国安装了736兆瓦的新风力发电能力。在今年上半年投产了1,577兆瓦，比2018年上半年增长了53%。根据AWEA的“美国风电行业2019年第二季度市场”数据，截至2019年第二季度末，在建和处于开发阶段的美国风电项目已达到41,801兆瓦，同比增长10％。据AWEA称，项目开发商在2019年第二季度签署了1,962兆瓦的购电协议（PPA），全年贡献了4,799兆瓦。其中一些增长可能是由美国生产税收抵免（PTC）推动的，这是一项联邦补贴，为风电场运营的前10年提供每千瓦时税收抵免。当前的PTC在2016年通过，并提供了2.3美分/千瓦时的信用额度。PTC信用额逐年递增，直到2020年底到期。由于风能行业有能力自行维持而不需补贴，因此PTC 不太可能续签。 至于美国的海上风电，截至2018年底，海上风电总管道超过25,000兆瓦。全球风能市场增长迅速，2018年增长了9.5％。根据AWEA的数据，全球目前有591吉瓦的风电场用于发电。根据全球风能理事会（GWEC）的《 2018年全球风能报告》，新风能为51.3吉瓦，2018年安装了-陆上为46.8吉瓦，海上为4.5吉瓦。与2017年相比略有下降4.0％，但仍然是强劲的一年。GWEC表示，尽管某些市场起伏不定，但自2014年以来，每年的安装量已超过50吉瓦。 中国在2018年继续以21.2吉瓦的新风电装机容量引领海上风电市场。2018年，陆上风电的第二大市场是美国，为7.6吉瓦，目前陆上总装机96吉瓦。至于海上风电，中国在2018年首次安装了1.8吉瓦的装机，其次是英国，其次是

风电发展趋势

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一、世界风电产业发展的总趋势 世界能源消耗量的持续增加，使全球范围内的能源危机形势愈发明显，缓解能源危机、开发可再生能源、实现能源的可持续发展成为世界各国能源发展战略的重大举措。风能作为可再生能源的重要类别，在地球上是最古老、最重要的能源之一，全球范围内的巨大蕴藏量、可再生、分布广、无污染的特性使风能发电成为世界可再生能源发展的重要方向。 1、世界风电装机容量发展迅猛 基于美国、德国、法国、丹麦等发达国家对发展风能的高度关注，以及积极出台并实施促进风电发展的相关政策、措施极大地推动了世界风电产业的发展。据全球风能协会(GWEC)公布的1995-2009年统计数据，比较详实地揭示了世界风电装机容量的增长趋势。截至2006年底，世界风电装机新增装机容量为15. 197 GW（吉瓦，相当于103兆瓦），同比2005年增长%, 1995年以来平均年增长%：世界风电装机累积容量己达 GW,同比2005年增长%, 1995年以来平均年增长%.最近GWEC数据显示：2007年世界新增风电装机容量为 GW, 2008年新增装机容量超过27. 00 GW, 2009年新增装机容量为36. 5 GW,累计风电装机容量已逾150. 00 GW。 2、欧洲引领世界风电产业的发展 20世纪90年代起，欧洲制定了《风电发展计划》，确立了风电发展目标：2010年风电装机容量达到40 GW,并要求其成员国基于此发展目标制定本国的发展目标与计划。在德国、西班牙和丹麦等国推动下，风电在欧洲大多数国家得到了快速的发展。 3、风电已成为世界主要替代能源之一 步入21世纪，在《欧洲风能发展计划》的引领下，世界风电产业得到了巨大的发展。截至2009年底，在世界38个主要国家地区中，德国、美国、西班牙、印度、中国、丹麦等6个国家年度风电新增装机容量已超过GW：在世界风电累积装机容量中，德国、

风力发电叶片制作工艺介绍

风力发电叶片制作工艺介绍 风力发电机叶片是接受风能的最主要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证发电机组正常稳定运行的决定因素，其成本约为整个机组成本的15%-20%。根据“风机功价比法则”，风力发电机的功率与叶片长度的平方成正比，增加长度可以提高单机容量，但同时会造成发电机的体积和质量的增加，使其造价大幅度增加。 1碳纤维在风力发电机叶片中的应用 叶片材料的发展经历了木制、铝合金的应用，进入了纤维复合材料时代。纤维材料比重轻，疲劳强度和机械性能好，能够承载恶劣环境条件和随机负荷，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯（环氧）树脂。但随着大功率发电机组的发展，叶片长度不断增加，为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架，就要求叶片具有更高的刚度。国外专家认为，玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限，不能满足大型叶片的要求，因此有效的办法是采用性能更佳的碳纤维复合材料。 1）提高叶片刚度，减轻叶片质量 碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%，尤其是模量高3～8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。荷兰戴尔弗理工大学研究表明，一个旋转直径为120m的风机的叶片，由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳纤维，和采用全玻璃纤维的相比，质量可减轻40%左右；碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。据分析，采用碳纤维／玻璃纤维混杂增强方案，叶片可减轻20％～30％。VestaWindSystem公司的V90型

3.0MW发电机的叶片长44m，采用碳纤维代替玻璃纤维的构件，叶片质量与该公司V80型2.0MW发电机且为39m长的叶片质量相同。同样是34m长的叶片，采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量为5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为5200kg，而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg。其他的研究也表明，添加碳纤维所制得的风机叶片质量比采用玻璃纤维的轻约32%，而且成本下降约16%。 2）提高叶片抗疲劳性能 风机总是处在条件恶劣的环境中，并且24h处于工作状态。这就使材料易于受到损害。相关研究表明，碳纤维合成材料具有良好的抗疲劳特性，当与树脂材料混合时，则成为了风力机适应恶劣气候条件的最佳材料之一。 3）使风机的输出功率更平滑更均衡,提高风能利用效率 使用碳纤维后，叶片质量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑更均衡，提高能量效率。同时，碳纤维叶片更薄，外形设计更有效，叶片更细长，也提高了能量的输出效率。 4）可制造低风速叶片 碳纤维的应用可以减少负载和增加叶片长度，从而制造适合于低风速地区的大直径风叶，使风能成本下降。 5）可制造自适应叶片 叶片装在发电机的轮轴上，叶片的角度可调。目前主动型调节风机的设计风速为13～15m/s(29～33英里/h)，当风速超过时，则调节

国内外风电叶片技术现状与发展

国内外风电叶片技术现状与发展 一、叶片朝大型化、轻量化、高效率方向发展 二、可选择的复合材料原材料品种多样 1、叶片用树脂基体 1）不饱和聚酯树脂工艺性良好，价格低，在中小型叶片的生产中占有绝对优势，但固化时收缩率大，放热剧烈，成型时有一定的气味和毒性。 2）环氧树脂具有良好的力学性能，耐化学腐蚀性能和尺寸稳定性，是目前大型风电叶片的首选树脂，缺点是成本较高。 3）乙烯基树脂性能介于二者之间，目前在大型叶片中应用较少，随着各厂家对成本的要求越来越高，乙烯基树脂可能会进入兆瓦级叶片的选材。 2、叶片用增强材料

3、碳纤维材料在大型叶片中具有较好的应用前景 采用碳纤维，可增加叶片临界长度，提高叶片刚度，减轻叶片重量。研究也表明，添加碳纤维所制得的风机叶片质量比玻璃纤维的轻约30％，以目前的成本估算，成本增加可控制在3 0％以内。 4、碳纤维在叶片中应用的主要部位 碳纤维在风电叶片中应用实例

公司产品技术状态 Gamesa GAMESA在其直径为87米、90米叶轮的叶片制造中包含了碳纤维。 LM 61.5米叶片采用了玻纤／碳纤维混杂复合材料结构，在横梁和翼缘等要求较高的部位使用碳纤维作为增强材料，单片叶片质量达17.7 t。 Vestas VESTAS V-90型 风力机3.0MW 叶片长44m，其样品试验采用了碳纤维制造。 Vestas为V903.OMW机型配套的44m系列叶片主梁上使用了碳纤维， 叶片自重只有6t，与V802MW,39m叶片自重一样。 GE 7MW GE公司的7MW机组研发，将使用碳纤维NEG Micon 40m叶片40米的叶片中采用了碳纤维增强环氧树脂 Nordex Rotor 44m叶片 56m叶片 44 m长CFRP叶片质量为9.6t, 可用于2．5 MW的风电机组。此外， 还开发了56 m长的CFRP叶片，他们认为叶片超过一定尺寸后，碳纤 维叶片的制作成本并不比玻纤的高。 Repower 5MW叶片转轮直径126米，该叶片由碳纤和玻纤混杂而成，单个叶片重量达18吨，可用于海上及陆地使用。 NEG Micon 40米叶片碳纤维增强环氧树脂的40米叶片 kirkldand 和TPI Composites公司合作，发展碳纤维风机叶片，以求得最大的能量获得，同时减轻风机的负载。制造和测试证明了先进碳纤维混编设计叶片的商业化可行性。 5、叶片材料的新发展——热塑性复合材料应用 *与环氧／玻纤复合材料大型叶片相比较，若采用热塑性复合材料叶片，每台大型风力发电机所用的叶片重量可降低10％，抗冲击性能大幅度提高，制造成本至少降低1／4，制造周期至少降低1／3，且可完全回收和再利用。 *爱尔兰Gaoth风能公司与日木三菱重工及美国Cyclics公司正在探讨如何共同研制低成本热塑性复合材料叶片。 *LM G1asfibre公司正开展此项研究，目的是用玻璃钢、碳纤维和热塑材料的混合纱丝制造叶片，这可能会使叶片的生产时间缩短50％。 *安全快捷地制造“绿色”的复合材料叶片正期待着复合材料叶片制造商去实现。 三、叶片设计技术不断进步 叶片设计分为气动设计和结构设计两大阶段，通常这两阶段不是独立的，而是一个迭代的过程。风轮叶片的优化设计要满足的目标: 年输出功率最大化；最大功率限制输出；振动最小化和避免出现共振；材料消耗最小化；叶片结构满足适当的强度要求和刚度要求；保证叶片结构局部和整体稳定性。 1、翼型是叶片设计的基础

风电叶片设计流程

叶片设计流程 一. 空气动力设计 1.确定风轮的几何和空气动力设计参数 2.选择翼型 3.确定叶片的最佳形状 4.计算风轮叶片的功率特性 5.如果需要可以对设计进行修改并重复步骤4,以找到制造 工艺约束下的最佳风轮设计。 6.计算在所有可遇尖速比下的风轮特性 对于每个尖速比可采用上面步骤4所述的方法，确定每个叶素的空气动力状态，由此确定整个风轮的性能。 7.风力机叶片三维效应分析 8.非定常空气动力现象 9.风力机叶片的动态失速 10.叶片动态入流 .风机载荷计算 作为风力机设计和认证的重要依据，用于风力机的静强度和疲劳强度分析。国际电工协会制定的IEC61400-1标准、德国船级社制定的GL 规范和丹麦制定的DS 472标准等对风力机的载荷进行了详细的规定。

2.1 IEC61400-1标准规定的载荷情况 2.2 风机载荷计算 1计算模型 1）风模型 （1）正常风模型 （2）极端风模型 （3）三维湍流模型 2）风机模型 风机模型包括几何模型、空气动力学模型、传动系统动力学模型、控制系统闭环模型和运行状态监控模型等。 2风力机载荷特性 1）叶片上的载荷 （1）空气动力载荷 包括摆振方向的剪力Q yb和弯矩M Xb、挥舞方向的剪力Q b和弯矩M Jb以及与变浆距力矩平衡的叶片俯仰力矩M b。可根据叶片空气动力设计步骤4中求得的叶素上法向力系数Cn和切向力系数Ct,通过积分求出作用在叶片上的空气动力载荷。 （2）重力载荷 作用在叶片上的重力载荷对叶片产生的摆振方向弯矩，随叶片方位角的变化呈周期变化，是叶片的主要疲劳载荷。 （3）惯性载荷 (4)操纵载荷

2 )轮毂上的载荷 3)主轴上的载荷 4)机舱上的载荷 5)偏航系统上的载荷 6)塔架上的载荷 三.风力机气动弹性 当风力机在自然风条件下运行时，作用在风力机上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使结构产生变形和振动，影响风力机的正常运行甚至导致风力机损坏。因此，在风力机的设计中必须考虑系统的稳定性和在外载作用下的动力响应，主要有①风力机气动弹性稳定性和动力响应②风力机机械传动系统的振动③风力机控制系统(包括偏航系统和变浆距系统等) 的稳定性和动力响应④风力机系统的振动。 3.1风力机气动弹性现象 1.风力机叶片气动弹性稳定性问题 2.风力机系统振动和稳定性问题 3.2 风力机气动弹性分析 目的是保证风力机在运行过程中不出现气动弹性不稳定。主要的方法 是特征值法和能量法。特征值法是在求解弹性力学的基本方 程中，考虑作用在风力机叶片上的非定常空气动力，建立离散的描述风力机叶片气动弹性运动的微分方程。采用Floquet理论求解，最后稳定性判别归结为状态转移矩阵的特征值 计算。 1.风力机气动弹性模型 1)结构模型

复合材料风电辅材及工艺

复合材料风电叶片辅材及工艺 By https://www.wendangku.net/doc/c0161940.html, 2010年，可以说是我国海上风电开始有序发展的“元年”。对于当前业界高度关注的海上风电特许权招标问题，国家能源局可再生能源司副司长史立山对记者表示，加快海上风电建设的条件已基本具备，海上风电将是今后风电发展的重点之一。由此可见，未来风电项目对风电叶片的要求将会更高，更轻质的大型复合材料叶片将会受到市场的青睐。 复合材料的市场机遇 风机叶片用主要材料体系包括各种增强材料、基体材料、夹层泡沫、胶粘剂和各种辅助材料等。 增强材料 对于同一种基体树脂来讲，采用玻璃纤维增强的复合材料制造的叶片的强度和刚度的性能要差于采用碳纤维增强的复合材料制造的叶片的性能。但是，碳纤维的价格目前是玻璃纤维的10倍左右。由于价格的因素，目前的叶片制造采用的增强材料主要以玻璃纤维为主。因此玻璃纤维仍是风机叶片制造未来主要的增强材料。 随着叶片长度不断增加，叶片对增强材料的强度和刚性等性能也提出了新的要求，玻璃纤维在大型复合材料叶片制造中逐渐出现性能方面的不足。为了保证叶片能够安全的承担风温度等外界载荷，风机叶片可以采用玻璃纤维/碳纤维混

杂复合材料结构，尤其是在翼缘等对材料强度和刚度要求较高的部位，则使用碳纤维作为增强材料。这样，不仅可以提高叶片的承载能力，由于碳纤维具有导电性，也可以有效地避免雷击对叶片造成的损伤。因此碳纤维在中国无法突破技术瓶颈的前提下，这种与玻璃纤维混搭增强也是一个重要市场。 其他增强材料方面，我国竹纤维增强风电叶片已经实现批量生产，因此天然纤维也将分得风电叶片市场的一杯羹。 基体材料 目前的风力发电机叶片基本上是由聚酯树脂、乙烯基树脂和环氧树脂等热固性基体树脂与玻璃纤维、碳纤维等增强材料，通过手工铺放或树脂注入等成型工艺复合而成。为了提高复合材料叶片的承担载荷、耐腐蚀和耐冲刷等性能，必须对树脂基体系统进行精心设计和改进，采用性能优异的环氧树脂代替不饱和聚酯树脂，改善玻璃纤维/树脂界面的粘结性能，提高叶片的承载能力，扩大玻璃纤维在大型叶片中的应用范围。同时，为了提高复合材料叶片在恶劣工作环境中长期使用性能，可以更多地采用耐紫外线辐射的新型环氧树脂系统。 夹层泡沫 夹芯材料成本约占叶片材料总成本的20%。在风电叶片设计中，夹层结构芯材的选择主要考虑三个方面的因素：力学性能（强度、刚度和密度）要求、工艺条件（承受的温度、制品形状、芯材的加工等）要求和价格。 做好叶片夹层结构设计和芯材选择的前提是要充分了解各类芯材的性能特点，同时，一般要根据最终产品的性能和工艺方法进行特定的试验来减小风险。在产品设计的初期就与芯材供应商进行充分的探讨则会取得事半功倍的效果。 可挤压糊状泥制作风叶阳模及风叶复合材料模具（涂敷胶衣） 胶粘剂等其他辅助材料 胶粘剂的作用是把叶片芯材与壳体，以及上、下半叶片壳体互相粘结，并将壳体缝隙填实从而构成牢固的整体。 在中国胶粘剂剂市场，多数通用型产品供大于求的局面没有改变，而部分高性能、高品质胶黏剂及胶黏制品需求量增加，如用于电子电气、精密仪器仪表、

风力发电机叶片结构设计及其有限元分析(精品doc)

风力发电机叶片结构设计及其有限元分析 摘要 为了更好地发展我国的风力发电事业，实现风力发电机的国产化，必须深入开展风力机设计、分析方面的研究。本文根据传统的 的叶片设计方法设计了2MW 风力机叶片，并生成三维几何模型， 然后利用有限元模拟对叶片进行了振动模态分析，得到各阶振动频 率和振型，为防止结构共振提供了依据。 关键词：风力机，叶片，有限元模拟，优化 THE FE SIMULATION AND OPTIMAL DESIGN OF WIND TURBINE COMPONENTS ABSTRACT In order to promote the capability of design and manufacturing of wind turbine in China, more study should be done in the field of wind turbine design and analysis. In this paper, a blade for 2MW wind turbine is designed according to the traditional design procedure and the 3D geometrical model is created. Then the modal analysis is done through the FE simulation to get the frequency and mode shape, which provides the theoretic basis to prevent resonance.

风电行业现状及发展前景简化

风电行业现状概要及发展前景 一、风电产业总体发展现状 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视，全球风力资源的储约53万亿千瓦时/年，理论上只要能开发出50%的风力资源就可满足全球的电力能源需求。2010年底，全球风电总装机容量达1.99亿千瓦，发电量超过4099亿千瓦时，占世界电力总发电量的1.92%。目前，世界上有100多个国家开始发展风电，欧盟、美国和中国风电市场现阶段左右着世界风电发展的大局。目前风电累计装机位于前10名的国家分别是：美国，中国，德国，西班牙，印度，意大利，法国，英国，葡萄牙，丹麦。2010年新增装机位于前10名的国家分别是：中国，美国，西班牙，德国，印度，意大利，法国，英国，加拿大，葡萄牙。 中国风能储量很大、分布面广，开发利用潜力巨大。与目前风电五大国相比较，我国的风电资源与美国接近，远远高于印度、德国、西班牙，属于风能资源较丰富的国家。“十一五”期间，中国的并网风电得到迅速发展。从2005年开始，中国的风电总装机连续5年实现翻番。2006年1月1日，《可再生能源法》正式颁布实施。此后，国家又陆续出台了一系列配套政策法规，为风电产业的电网接入、电量收购、电价分摊和结算等方面提供了法律保障。特别是2009年出台的《关于完善风力发电上网电价政策的通知》，规定按照四大风能资源区统一执行标杆上网电价，消除了招标电价和审批电价的不确定性，增强了发电企业投资风电的信心。截至2010年底，中国全年风力发电新增装机达1600万千瓦，累计装机容量达到4182.7万千瓦（《可再生能源中长期规划》中2020年3000万千瓦的风电装机目标也在2010年提前实现）。 未来风电发展趋势中国政府把大力发展新能源作为应对气候变化和

风电叶片的发展历程

风电叶片的发展历程 叶片是风力发电机中最基础和最关键的部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。恶劣的环境和长期不停地运转，对叶片的要求有：比重轻且具有最佳的疲劳强度和机械性能，能经受暴风等极端恶劣条件和随机负荷的考验；叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲线都正常，传递给整个发电系统的负荷稳定性好；耐腐蚀、紫外线照射和雷击的性能好；发电成本较低，维护费用最低。 为满足上述要求，提高机组的经济性，叶片的尺寸增大可以改善风力发电的经济性，降低成本。叶片长度从1980年的4.5m发展到今天的61.5m，容量从当初的55kW发展到今天的5MW。1970年的风力机叶片主要有钢材、铝材或木材制成，今天选择的材料以E-玻纤增强塑料(GFRP)居多，目前已开始采用碳纤维复合材料(CFRP)，叶片材料的开发顺应了叶片大型化和轻量化的方向发展。 叶片发展的几个阶段： 1）、木制叶片及布蒙皮叶片 近代的微、小型风力发电机也有采用木制叶片的，但木制叶片不易做成扭曲型。大、中型风力发电机很少用木制叶片，采用木制叶片的也是用强度很好的整体木方做叶片纵梁来承担叶片在工作时所必须承担的力和弯矩。 2）、钢梁玻璃纤维蒙皮叶片 叶片在近代采用钢管或D型型钢做纵梁，钢板做肋梁，内填泡沫塑料外覆玻璃钢蒙皮的结构形式，一般在大型风力发电机上使用。叶片纵梁的钢管及D型型钢从叶根至叶尖的截面应逐渐变小，以满足扭曲叶片的要求并减轻叶片重量，即做成等强度梁。 3）、铝合金等弦长挤压成型叶片 用铝合金挤压成型的等弦长叶片易于制造，可连续生产，又可按设计要求的扭曲进行扭曲加工，叶根与轮毂连接的轴及法兰可通过焊接或螺栓连接来实现。铝合金叶片重量轻、易于加工，但不能做到从叶根至叶尖渐缩的叶片，因为目前世界各国尚未解决这种挤压工艺。 4）、玻璃钢叶片 所谓玻璃钢(glass fiber reinforced plastic，简称GFRP)就是环氧树脂、不饱和树脂等塑料渗入长度不同的玻璃纤维或碳纤维而做成的增强塑料。增强塑料强度高、重量轻、耐老化，表面可再缠玻璃纤维及涂环氧树脂，其它部分填充泡沫塑料。玻璃纤维的质量还可以通过表面改性、上浆和涂覆加以改进。LM玻璃纤维公司现致力于开发长达54m的全玻纤叶片，其单位kWh成本较低。 5）、玻璃钢复合叶片 上世纪末，世界工业发达国家的大、中型风力发电机产品的叶片，基本上采用型钢纵梁、夹层玻璃钢肋梁及叶根与轮毂连接用金属结构的复合材料做叶片。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

海上风电现状与发展

全球海上风电现状与发展趋势 一、全球海上风电现状 根据最新数据显示，风能发电仅次于水力发电占到全球可再生资源发电量的16%。在全球高度关注发展低碳经济的语境下，海上风电有成为改变游戏规则的可再生能源电力的潜质。在人口密集的沿海地区，可以快速地建立起吉瓦级的海上风电场，这也使得海上风电可以成为通过经济有效的方式来减少能源生产环节碳排放的重要技术之一。海上风电虽然起步较晚，但是凭借海风资源的稳定性和大发电功率的特点，海上风电近年来正在世界各地飞速发展。在陆上风电已经在成本上能够与传统电源技术展开竞争的情况下，目前海上风电也正在引发广泛关注，它具有高度依赖技术驱动的特质，已经具备了作为核心电源来推动未来全球低碳经济发展的条件。 据全球风能理事会(GWEC统)计，2016年全球海上风电新增装机2,219MW，主要发生在七个市场。尽管装机量比去年同期下降了31%，但未来前景看好，全球14个市场的海上风电装机容量累计为14,384MW。英国是世界上最大的海上风电市场，装机容量占全球的近36%，其次是德国占29%。2016年，中国海上风电装机量占全球装机量的11%，取代了丹麦，跃居第三。其次，丹麦占8.8%，荷兰7.8%，比利时5%，瑞典1.4%。除此之外还包括芬兰、爱尔兰、西班牙、日本、韩国、美国和挪威等市场，共同促进了整个海上风电的发展。

1.欧洲海上风电现状 欧洲风能协会（WindEurope）日前发布的《欧洲海上风电产业统计报告2016》中指出，2016年欧洲海上风电投资达到182亿欧元，创历史新高，同比增长39%。全年新增并网338 台风力发电机，新增装机容量1558MW，较2015年减少了48%；累计共有3589台风力发电机并网，装机总量达12.6GW，分布在10个国家的81个风电场。2016年，比利时、德国、荷兰和英国还有11个风电项目正在建设当中，完成后将增加4.8GW装机，使得累计装机量可达17.4GW。 2.欧洲海上风电市场展望 虽然2016年欧洲海上风电的并网容量远低于2015年，但大量项目的开工建设意味着，在未来两年，并网容量将会显著增加。 由于第三轮拍卖被延期，在2016年增长出现放缓后，英国海上风电发展速度将明显加快。德国市场将持续增长。比利时也将有新增装机，这主要来自于Nobelwind风电场和两个于2016年8月被核准的项目。未来两年，丹麦和荷兰于2015年和2016年获得特许权的项目也将开始动工。 到2019年，欧洲开工建设的海上风电项目数量将减少，因为彼时欧盟各个成员国此前依据可再生能源指令（RenewableEnergyDirective）制定的国家可再生能源行动计划（NationalRenewableEnergyActionPlans，NREAP）s将到期。与2016年相似，到2020