风力叶片采用碳纤维复合材料的优势分析

  叶片的发展越来越向大型化靠近,单一的材料已经无法满足叶片的发展需求,选择复合材料已经成为必然趋势,复合材料由两种及以上材料合成,性能较单一材料有更好的改善,它的可设计性让单层方向上的强度和刚性均可达到预期,它的各向异性导致耦合的发生。将弯扭耦合运用到风电叶片上,此时叶片由于受到弯矩作用发生扭转,进而控制其气弹变形,优化叶片的功率输出。碳纤维的价格昂贵让完全采用碳纤维制叶片显得奢侈而又不划算,所以碳纤维最好用在极需要它的重要部位。

  横梁是风电叶片中最需要用到碳纤维的部位;叶片的表面全部需要用到碳纤维,以降低内支撑梁所受的压力;在叶片的前后边缘用上碳纤维,刚度提高、重量降低的同时还可防止叶片被雷击中受到损坏;叶片的根部同样是关键部位,使用碳纤维能提高其抗破损力,降低载荷。碳纤维的昂贵注定它要用到最需要它的部位,既节省成本,又可以发挥其优势,对叶片起到有利作用。

  碳纤维材料本身具有很多优良性能,应用到叶片上,可以增强叶片的强度、刚度,降低叶片的重量,避免风电叶片过重给风力发电工作造成困扰,同时减小叶尖碰到塔的问题发生的概率。用传统材料制作风电叶片时有很多问题,风资源的浪费就是其中一个问题,刚度高的材料可以提高资源的利用率,显然,传统的材料并不具备这一特性,最终试验发现,碳纤维材料可以满足这一要求,风能利用率提高,风资源的浪费被减少,转化为更多电力,使能量输出功率更均衡,效率也得以提高。

  普通材料制成的叶片是有劣势的,环境也可以轻而易举影响到发电的质量以及效率,尤其是遇到恶劣天气,普通材料制成的叶片完全适应不了这样的环境,进而影响到发电效率,于是,碳纤维材料又派上了用场,它不容易被环境影响,并且具有优于普通材料的抗腐蚀性、抗疲劳性,天气变化并不会对其造成过多影响,发电效率也得到了保障。碳纤维被提到最多次的就是可以减重,可以提高刚度、强度,可以增加叶片的长度,制造大型叶片运用碳纤维可降低风能的成本。

 

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