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随着世界经济的发展,作为前景潜力巨大的可再生能源风能越来越受到世界各国的重视。而风电叶片是风能发电时需要应用的重要设备,随着科技的不断进步,风电叶片的尺寸越来越大,重量也不断增加,材质出现了较大的变化,设计人员在叶片设计中应用了碳纤维复合材料。
传统的叶片多采用的是玻璃纤维,这种材质的重量比较大,与复合材料相比,其性能存在较多的不足。在极端风载作用下,叶尖不能碰触到塔架,叶片必须具有较强的刚度,在减轻叶片重量时,还要保证其刚度及强度不会出现降低。碳纤维复合材料是一种新型的材料,将其应用在风电叶片的制造中,可以很好的满足风力发电装置的大功率需求,其突破了玻璃纤维复合材料的性能极限,而且可以保证风电叶片在增加长度的同时,重量大大降低。
一、碳纤维复合材料在风电叶片中的应用优势
1、提高叶片刚度,减轻叶片质量
CFRP的比强度约是GFRP的2倍,比模量约是GFRP的3倍。对于用于相同功率机组的风电叶片,碳纤维的使用可使叶片的重量大幅下降(如图2)。如中材科技风电叶片股份有限公司开发成功的3MW级56mCFRP风电叶片,相比市场上同型号的全玻璃纤维风电叶片,每套叶片可减轻6t的质量。
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