风力发电及环氧树脂在风轮叶片中的应用

环氧树脂在姗级风力发电机组风轮叶片中的具体应刚
图２．４９ ６米风轮叶片
图３．风轮叶片中的一部分
图２为今年６月５日，由西班牙制造的单件长达４９ ６米风轮叶片，
堪称我国迄今为１Ｊ：进口扇叶中的“巨无霸”，由“威尔玛”轮运抵天津 港，经过国内组装后用于ｄ Ｊ东风力发电项日。该设备投入使用时，风车直
径将超过一百米，单机发电量将达到２ ６帅，为我国目前最大功率风力发电 设备。图３为制造风轮叶片的一部分，台膜前的半片叶片。
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１９７９年上半年，美国在北卡罗来纳州的蓝岭山，又建成了一座世界上 最大的发电用的风车。这个风车有十层楼高，风车钢叶片的直径６０米；风 力时速在３８公里以上时，发电能力也可达２０００千瓦。 随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。自２００４年以来，全 球风力发电能力翻了一番，２００６年至２００７年间，全球风能发电装机容量扩 大２７％。２００７年已有９万兆瓦，这一数字到２０１０年将是１６万兆瓦。预计 未来２０－２５年内，世界风能市场每年将递增２５％。随着技术进步和环保事业 的发展，风能发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争。 在国内，中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约 ２．５３亿千瓦。
国电联合动力技术有限公司、河北雷沃电力设备有限公司、维斯塔斯 风力技术公司、新疆金风科技发展公司、四川风瑞能源、ＧＡＭＥＳＡ、ＧＥ能源 集团、华锐风电科技股份有限公司、浙江华仪风能开发有限公司、苏司兰 能源有限公司、江西麦德风能设备股份有限公司、常州轨道车辆牵引传动
工程技术研究中心、上海电气风电设备有限公司、中国南车株洲电力机车 研究所风电事业部、湖南湘电风能有限公司、中船重工（重庆）海装风电
风力发电及环氧树脂在风轮叶片中的应用
程珏，谭家项，郭晶，张军营 北京化工大学材料科学与工程学院，北京１０００２９
摘要：本文简要介绍了风力发电在国内外发展的概况和环氧树脂在风轮叶 片制造中的应用和性能要求。 关键词：环氧树脂，风轮叶片
一、风力发电在国内外发展现状 风是一种潜力很大的新能源，蕴藏着巨大的能量。人们也许还记得， 十八世纪初，横扫英法两国的一次狂暴大风，吹毁了四百座风力磨坊、八 百座房屋、一百座教堂、四百多条帆船，并有数千人受到伤害，二十五万 株大树连根拔起。仅就拔树一事而论，风在数秒钟内就发出了一千万马力 （即７５０万千瓦）的功率！据估计，地球上可用来发电的风力资源约有１００ 亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的１０倍。目前全世界每年燃烧煤所 获得的能量，只有风力在一年内所提供能量的三分之一。因此，国内外都 很重视利用风力来发电，开发新能源。 利用风力发电的尝试，早在本世纪初就已经开始了。三十年代，丹麦、 瑞典、苏联和美国应用航空工业的旋翼技术，成功地研制了一些小型风力 发电装置。这种小型风力发电机，广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用， 它所获得的电力成本比小型内燃机的发电成本低得多。不过，当时的发电 量较低，大都在５千瓦以下。随后，发电量逐渐提高，包括１５，４０，４５， １００，２２５千瓦的风力发电机。发电机叶片尺寸也逐渐变长，１９７８年１月， 美国在新墨西哥州的克莱顿镇建成的２００千瓦风力发电机，其叶片直径为 ３８米，发电量足够６０户居民用电。 １９７８年初夏，在丹麦日德兰半岛西海岸投入运行的风力发电装置，其 发电量则达２０００千瓦，风车高５７米，所发电量的７５％送入电网，其余供给 附近的一所学校用。
℃／４ｈ）；豳他收缩攀≤０。２％。
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四、未来发展与展望
未来风力发电的发展趋势是更大的功率，要求叶片的直径更大，目前世界上 最大的叶片可以达到７０米，直径超过１４０米，这样需要用碳纤维代替玻璃纤维， 因此，研制环氧树脂与碳纤维的复合料和复合工艺也是需要做在前面的工作。
最后，国家政策导向是发展叶片树脂专业复合料的保障，发改委在风电项目 中审批中要求国产化率不低于７０％，这为树脂国产化提供了
１２，６
制造时片的原材料中涉及环氧树脂的主燮两种：～种为真空灌注环氧
树嚣，另一种为巧氧结构薮藕裁。
１。囊空灌注环氧褥膳体系
寞空灌洼环氧榭脂的特点是：其肖高强度、低精度以及良好疲劳蚀箍 故赢窆灌注环氧树脂体系，满足譬前主流酶撼霹级风轮时菏蒡ｌ；氧树瑟粪空灌 注成型工艺的要求，最好具有低温露纯、高温使趣特性的薪型离性能囊空
上世纪九十年代，我国的独立电源系统主要采用水平轴风力发电机和
太阳能光伏系统来供应电力，主要应用于通信基站、边防哨所、海岛部队 等特殊场合，主要是面向部队的一套后勤保障系统。经过一定时间的应用 后，发现诸多问题。如台风期间的设备损坏严重；噪音大，影响人员正常 休息；对通信设备的干扰，使得某些设备无法正常运转。这些问题的发生 使得部队正常通讯受到了影响。 到２００５年底我们仅拥有２６０多万千瓦风电，大概在建的有４００多万千瓦。 国家发改委２００６年底发布了“十一五”期间促进风电产业发展实施意见，会议 强调指出：在“十一五’’期间主要任务是初步建立比较完善的风电产业化体系， 建成３０个１０万千瓦级的风电项目，在内蒙、河北、江苏、甘肃等地形成４个百 万千瓦级的风电场。为大规模发展风电打下良好基础，主要目标是到２０１０年， 风电装机容量将达到５００万千瓦，到２０２０年达到３０００万千瓦。 ２００７年我国风电产业规模延续暴发式增长态势，截至２００７年底全国累 计装机约６００万千瓦。２００８年８月，中国风电装机总量已经达到７００万千 瓦，占中国发电总装机容量的１％，位居世界第五，这也意味着中国已进入 可再生能源大国行列，成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电的主要 市场之一。 ２００８年以来，国内风电建设的热潮达到了白热化的程度。到２００８年底， 风电规模就可能达到１０００万千瓦，到２０１０年累计装机容量可达２０００万千 瓦。
特种专霸料，替代量辨避霾是辫蠹最近两年鲍热点领域，寒寒在时片制造上麓试
用和改进是～个主要懿问题。
２。邵氧结构胶粘剂 环氧结褥黢焉予时片合膜过程，要求具有高糕缝强度、囊好触变蒋性以及撬
异疲劳性能、耐候性髓的高性髓环氧结构胶秸荆，满足獬缀风轮叶片大磷獠结
构糕搂熬需要。
螯求力学性能同时具有｛受商的剪切强度和触变性。拉｛窜强度（２３℃）＞７７０Ｍｐａ： 越释模量（２３℃）＞７４０００Ｍｐａ：剪谫模量Ｇ’≥ｔ４００ＭＰａ（５０℃）；麟裂羲牲Ｇ托≥ １．．９Ｊ／ｍ２（７０℃／４ｈ）；断裂延｛巾率≥３．Ｏ％；单面措接剪切强度（玻璃钢／玻璃锱） ≥１５Ｙｐａ；最大难高＞／３０ｍｍ：及寝藏热温度≤７０＂Ｃ；玻璃化转交瀑凄）６８＂Ｃ（７０

风电发展到目前阶段，其性价比正在形成与煤电、水电的竞争优势。风 电的优势在于：能力每增加一倍．成本就下降１５％，近几年世界风电增长一 直保持在３０％以上。随着中国风电装机的国产化和发电的规模化，风电成本 可望再降。因此风屯开始成为越来越多投资者的运金之地。 中国新能源战略开始把大力发展风力发电设为重点。按照国家规划， 未来１５年，全国风力发电装机容量将达到２０００万至３０００万千瓦。以每千 瓦装机容量设备投资７０００元计算，未来风电设备市场将高达１４００亿元至
２１００亿元。
二、风电给环氧树魔带来的厂阏机会
阿１
Ｍ力发电机组
风电设备将成为国内聚酯树脂和环氧树脂（尤其是环氧树脂）未来的大市场。 树脂主要用于风力发电机叶片上，叶片是一个复合材料制成的薄壳结构。结构上 分三个部分。（１）根部：材料一般为金属结构，（２）外壳：一般为玻璃钢：（３）龙骨： 一般为玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料。
设备有限公司、Ｒｅｐｏｗｅｒ、浙江运达风力发电工程有限公司、上海万德风力 发电有限公司、佛山市东兴风盈风电设备制造有限公司、潍坊中云机器有
限公司、东方汽轮机有限责任公司、保定惠德风电工程有限公司、哈尔滨
哈电风电设备公司、北京北重汽轮电机有限责任公司、沈阳华创风能有限 公司、西安维德风电设备有限公司。
２００７年前，采用环氧树脂生产风电叶片国内主要有两家生产，都是刚刚起 步，处在研制和试制阶段，一个是位于保定高新区的我国首个风电叶片自主研发
机构——华翼风电叶片研发中心，目前已经先期投资５０００万元，生产了第一
批１－５兆叶片模具，并于８月批量生产。而大功率２兆以上的叶片模具也正在制 作，预计将于明年年底制作完成。另一个是连云港连众玻璃钢有限公司与中国复 合材料集团公司联合成立的中复连众复合材料集团有限公司从德国引进全套装 备与技术，全力打造国内风力机叶片生产基地。风力发电整机制造机构名称
灌注环氧掰脂体系。
在力学瞧能主要求鬓纯物麓时其鸯较高酶撞｛睾强度帮韧性，具体指檬
如下：拉｛枣强度＞１７０ ＭＰａ；拉傍模量＞１３１００ ＭＰａ；弯馥强度＞ｔ１００ ＭＰａ：弯戆摸 量≥３３００帮氇；层闻剪甥强度≥弱．１ｔｌＰａ；颤裂韧性Ｇｋ＞一１５０Ｊ／ｍ：（７０℃／７ｈ）； 颟裂｛绎长率８—１２％；冲惫强度≥？０氧互内２；霹讫收缩率≤２．５繇；群滕滚合体系柳始 糕度≤２５０ｍｐｓ（２５℃）；凝黢时闻≥２ｈ；聂应放热温度≤１００５Ｃ；玻璃簦二转变澄 度）７０℃（７０℃／７ｈ》；吸永攀（１０ Ｎ／２３℃）≤０．３５％（７０℃／７ｈ）。 在镬焉中，这种树骚要盔２小对之滤被竞全嚷天到大燮时片模其中，丽黠与 玻璃纤维爱澜完全，然后快速瓣化。霞此要求树熬其有以下特点：第一，较低的 粘度；第二，鞭玻璃纡维具有缀好麴浸溺经；第三，其有蹴较小熬发热量。鹾翁， 国漆制造风电叶片使髑觞树脂均为国外避暖，主要来至美阑和穗豳。因此，磷制
参考文献（略）
风力发电及环氧树脂在风轮叶片中的应用
作者： 作者单位： 程珏， 谭家顶， 郭晶， 张军营 北京化工大学材料科学与工程学院,北京 100029
本文链接：/Conference_7198660.aspx
叶片是一个大型舶复合
材料结构，其重量的９０％以上由复合材料组成，每台发电机一般有三支叶片，每台 发电机需要用复合材料达四吨之多，叶片长度越长，使用的树脂越多。因此，风 力发电机是复合材料的一个重要应用领域。 风力发电装置最关键、最核心的部分是风轮叶片，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风轮转子叶片上的应用。风力发电 风轮叶片占风力发电整个装置成本的１５４２０％，制造叶片的材料工艺对其成本有