作為提高風(fēng)能利用率和發(fā)電效益的有效途徑，風(fēng)力機(jī)單機(jī)容量不斷向大型化發(fā)展，兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)已經(jīng)成為風(fēng)電市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。目前，歐洲3.6MW機(jī)組已批量安裝，4.2MW、4.5MW和5MW機(jī)組也已安裝運(yùn)行；美國(guó)已經(jīng)成功研制7MW風(fēng)力機(jī)；英國(guó)正在研制10MW的巨型風(fēng)力機(jī)[3]。風(fēng)電機(jī)組沿著增大單機(jī)容量和提高風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率的方向發(fā)展，對(duì)葉片提出了更高的要求，葉片長(zhǎng)度的增加使得碳纖維在風(fēng)力發(fā)電上的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，研究表明，碳纖維(CF)復(fù)合材料葉片的剛度是玻璃纖維復(fù)合材料葉片的2~3倍，大型葉片采用碳纖維作為增強(qiáng)材料更能充分發(fā)揮其輕質(zhì)高強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。丹麥Vestas的V-90型風(fēng)力機(jī)容量為3.0MW，葉片長(zhǎng)44m，其樣品試驗(yàn)采用了碳纖維制造；西班牙Gamesa在其直徑為90m葉輪的葉片制造中使用了碳纖維；丹麥NEG-Micon正在制造碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的40m葉片。碳纖維葉片的性能優(yōu)于玻璃纖維葉片，同樣長(zhǎng)度的碳纖維葉片比玻璃纖維葉片輕很多，如圖2所示，但由于其價(jià)格昂貴，限制了它在風(fēng)力發(fā)電上的大規(guī)模應(yīng)用。因此，全球各大復(fù)合材料公司正在從原材料、工藝技術(shù)、質(zhì)量控制等各方面進(jìn)行深入研究，以求降低成本。美國(guó)Zoltek公司生產(chǎn)的PANEX33(48K)大絲束碳纖維具有良好的抗疲勞性能，可使葉片質(zhì)量減輕40%，葉片成本降低14%，并使整個(gè)風(fēng)力發(fā)電裝置成本降低4.5%[12]。現(xiàn)在碳纖維軸已廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)動(dòng)葉片根部，因?yàn)橹苿?dòng)時(shí)比相應(yīng)的鋼軸要輕得多，但在發(fā)展更大功率風(fēng)力發(fā)電裝置和更長(zhǎng)轉(zhuǎn)子葉片時(shí)，采用性能更好的碳纖維復(fù)合材料勢(shì)在必行。
　　2.3 碳纖維/輕木/玻纖混雜復(fù)合材料葉片
　　由于碳纖維的價(jià)格是玻璃纖維的10倍左右，目前葉片增強(qiáng)材料仍以玻璃纖維為主。在制造大型葉片時(shí)，采用玻纖、輕木和PVC相結(jié)合的方法可以在保證剛度和強(qiáng)度的同時(shí)減輕葉片的質(zhì)量。中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司研制的40m、1.5MW葉片的質(zhì)量只有6t，在滿足強(qiáng)度的情況下，質(zhì)量大大降低。LM公司在《2004全球碳纖維展望》的報(bào)告中指出：在風(fēng)力機(jī)葉片中采用碳纖維，應(yīng)注意它和玻璃纖維混合時(shí)所增加的重量；其進(jìn)一步開發(fā)的以玻璃鋼為主的61m大型葉片，只在橫梁和葉片端部選用少量碳纖維，以配套5MW的風(fēng)力機(jī)[7]。結(jié)構(gòu)工程師認(rèn)為，當(dāng)葉片長(zhǎng)度增加時(shí)，質(zhì)量的增加要高于能量的取得，因此碳纖維或碳/玻混雜纖維的使用對(duì)抑制質(zhì)量的增大是必要的。采用碳/玻混雜增強(qiáng)的方案,葉片可減重20~30%。德國(guó)Nodex公司為海上5MW風(fēng)電機(jī)組配套研制的碳/玻混雜風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)達(dá)56m,同時(shí),Nodex公司還開發(fā)了43m(9.6t)碳/玻葉片,可用于陸上2.5MW機(jī)組。目前，碳纖維/玻璃纖維與輕木/PVC混雜使用制造復(fù)合材料葉片已被各大葉片公司所采用，輕木/PVC作為填充材料，不僅增加了葉片的結(jié)構(gòu)剛度和承受載荷的能力，而且還最大程度地減輕了葉片的質(zhì)量，為葉片向長(zhǎng)且輕的方向發(fā)展提供了有利的條件。
　　2.4 熱塑性復(fù)合材料葉片