关注ℱ碳纤维在风电叶片中的应用 重通成飞将出席Carbontech 2018 风电行业发展论坛
本文摘要：（由ai生成）
风力发电增长迅速，碳纤维复合材料在风电叶片中优势明显，如减轻质量、提高刚度和抗疲劳性，增强能源效率并降低运输成本。然而，其价格昂贵、制造工艺复杂、透明性差等劣势也不容忽视。随着风电机组大型化和海上化，碳纤维叶片需求将持续增长。
风力发电是世界可再生能源增长最快的领域，风力发电叶片被普遍认为是高性能碳纤维最重要的增长市场。特别是制造超大型风电机组所需叶片，必须使用轻而强、刚而硬的高性能碳纤维复合材料，保证结构强度的同时避免叶片在风载作用下发生大变形甚至撞击风车支柱。风电机组的大型化和海上化都将极大地拉动对碳纤维叶片的需求增长。据统计2017年，风电叶片依然是碳纤维第一大应用领域，其消费占碳纤维总需求量的23.5%。
风电叶片结构图
碳纤维复合材料在风电叶片应用中有明显的优势，但也存在少许不足，具体如下：
优势：
表现 | 具体说明 |
减轻叶片质量，提高刚度 | 比玻璃纤维密度小30%，强度大40%，模量高3-8倍 |
提高叶片抗疲劳性能 | 提高叶片抗磨损性能，提升使用寿命 |
能量输出更均衡，平滑 | 改善叶片的空气动力学性能，减轻对塔和轮轴的压力，减少能耗 |
能源输出效率更高 | 叶片更薄，更细长，能量输出效率更高 |
可制造低风速叶片 | 制作大直径叶片时，使用低风速叶片可以降低发电成本 |
减少雷击对叶片的损害 | 碳纤维可以导电，可通过特殊结构避免静电积累，实现避雷 |
降低运输和生产成本 | 叶片直径超过一定范围，总体效益要高于材料，叶片质轻，运输中节省人力成本和运费 |
可制造自适应叶片 | 通过弯曲和扭曲叶片设计，可以减轻瞬时负载，减少风机的损害 |
具有震动阻尼特性 | 可避免自然频率和塔发生共振 |
安装方便 | 安装操作简单，节省人力，维修便捷 |
劣势：
价格昂贵 | 碳纤维原丝价格高，造成整体成本高 |
制造工艺要求高 | 预浸料成型工艺要求高，成型时间长，成本高 |
透明性差 | 玻璃纤维透明度高，碳纤维几乎不透明，产品内部如果有缺陷，很难借助无损检测技术快速排查 |
方向性强，韧性较差 | 很难制作成复杂的曲面，纤维变形后性能会严重下降 |
存储要求高 | 在运输、保存、使用时对环境温度和湿度要求较高 |
渗透性差 | 比玻璃纤维渗透性差，需要表面处理 |
资料来源：DT新材料搜集整理
碳纤维复合材料在风电叶片多个结构中均有应用，具体如下：
（1）主梁帽
目前，碳纤维在风电叶片中最主要的应用部位是主梁帽，相对于GFRP主梁帽，碳纤维复合材料主梁帽在提高叶片刚度的同时，大幅减轻了叶片的质量，
（2）蒙皮表面
蒙皮表面整体使用碳纤维，可以降低作用在内支撑梁上的受力和扭矩，通过设计可以实现“材料诱导式”的叶片受载弯扭耦合。据NEG麦康公司的专利报导，叶片在总长度的60%到85%部分用碳纤维复合材料条带加固叶片蒙皮横截面外部圆周的一个薄层，该薄层可提高蒙皮抵抗拉力和压力的能力。另有专利报导，叶片迎风面蒙皮采用玻璃纤维复合材料制成，而只在主要承受压缩载荷的背风面蒙皮采用碳纤维/玻璃纤维复合材料制成。
（3）叶片根部
碳纤维应用于叶片根部时，不仅可以提高根部材料的断裂强度和承载强度，使施加在螺栓上的动态载荷减少，还可以增加根部法兰处的螺栓数量，从而增加叶片和轮毂连接处的静态强度和疲劳强度。
（4）叶片前后缘防雷系统
碳纤维用于叶片的前后缘，除了能提高叶片刚度和降低叶片质量外，通过特殊的设计，还可以有效地避免雷击对叶片的损伤。
（5）靠近叶尖部分
我国风机叶片行业经过近三十年的发展，已经逐步形成完整的产业链，并不断取得新的突破。2018年2月6日，重通成飞开发的国内最长海上风电CGI5/6MW-83.6米叶片在江苏如东基地成功下线。
海上风电CGI5/6MW-83.6米叶片
该叶片长83.6米，重25.2吨，叶根节圆直径3.6米，兼顾了5MW和6MW机型的结构设计和长度可拓展性，是目前国内最长的海上风电叶片。该叶片使用的碳纤维较传统玻璃纤维能使主梁叶片减重近25%，通过精益的结构优化、精细设计和其他新材料新技术的使用，最终能实现单支叶片降重11吨。
在整个项目设计研发过程中，项目团队大胆创新、反复论证，生产效率大幅提升，新技术新材料被广泛应用，此外智能化设备和工装也有大量使用
重通成飞在传统的主梁、腹板预制基础上，首次在大型海上风电叶片上成功实现了叶根预制、后缘梁预制等工艺，掌握了完整的预制成型叶片工艺技术体系。通过多部件预制工艺的实施，不仅降低了叶片整体成型的质量风险，其生产效率比常规制造工艺提高了30%以上，有效增强产品的市场竞争力。
重通成飞将在12月11-13日出席Carbontech 2018——风电行业发展论坛，针对最新海上风电叶片结构设计和轻量化技术分享精彩报告。
附吉林重通成飞新材料股份公司介绍
重庆通用工业（集团）有责任公司是我国制冷和风机行业重点骨干企业，国家认定企业技术中心、中国工业企业500强、中国机械500强，“重通”品牌荣获中华人民共和国商务部颁发的“最具市场竞争力品牌”称号。
吉林重通成飞新材料股份公司系重庆通用工业（集团）有限责任公司控股子公司，成立于2011年，注册资金1.6亿元，是国内风轮叶片主流配套企业。
公司官网：http://www.cfwind.cn/index.aspx
企业发展历程
2011年重通成飞起步阶段面临着风电行业局部地区产能过剩和市场竞争激烈的严峻考验，通过不懈努力，使企业赢得了逆势增长的快速发展。
主导产品和参数
产品通过了德国劳氏（GL）、德国风能研究所（DEWI）、北京鉴衡（CGC）等权威机构的认证。
产品研发及工艺开发能力
Aerodyn公司设计系列叶片
We4Ce公司设计系列叶片
WINDnovation公司设计系列叶片
WINDnovation公司设计系列叶片
公司生产的叶片型号及客户信息统计表
附风电行业发展论坛部分精彩话题
中国《风电发展“十三五”规划》解读；
风电行业发展投资探讨；
全球风电行业发展对材料、防护的要求；
叶片轻量化趋势带动下，对碳纤维的需求；
海上风电、大功率风电机组对复合材料性能要求解读；
风电叶片结构设计、材料选取、拼装工艺及可靠性验证；
碳纤维复合材料在风电叶片（主梁帽、蒙皮表面等）中的应用介绍；
玻碳混杂复合材料在风电叶片中的应用介绍；
石墨烯重防腐涂料在风电叶片防腐蚀中的应用；
......
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