摘 要:本文簡要回顧了全球風能2008年的裝機情況和今后各國風能的發展趨勢,對常用復合材料夾層結構用夾芯材料的類別和性能特點進行了總結,介紹了風電葉片用夾芯材料的現狀,最后。對于風電葉片用夾芯材料的發展趨勢提出了自己看法。
1 全球風能概況和夾芯材料發展趨勢
據中國風能協會的統計,到2008年底,全球風電總裝機容量達到120.8GW。2008年新增裝機容量超過27GW,同比增長36%。2008年,歐洲與北美齊頭并進,新增裝機容量都大約為8.9GW,亞洲以8.6GW而緊隨其后。處于領先地位的是美國和中國市場,美國新增裝機容量8.4GW,中國新增裝機容量6.3GW。
2008年,在歐洲,風電已成為新增電力中的主力電源,除了德國、西班牙和丹麥成熟市場的推動外,在法國、英國和意大利的引領下,歐洲風電市場的發展更加均衡;在美國,當年竣工的風電項目容量占本年度美國所有新增力裝機的42%,確立了風電在美國新增電力生產當中的主力電源地位,并顯示出在促進就業方面的巨大作用。在中國,當年新增容量超過了之前的歷史總和,為應對金融危機的影響,政府已將發展風能作為經濟關鍵增長點之一。
2009年,在世界經濟形式頗為艱難的大環境下,歐美地區的風電增長情況難以預計2009年新增裝機容量還會翻番,屆時會達到該年度世界新增風電裝機總量的三分之一甚至更多。從全球范圍來說,應該保持增長的態勢。按照2008年的新增裝機容量27GW計算,需要夾芯材料即超過18萬m3。2009年全球風電產業對夾芯材料的需求量應不會低于2008年。
但同時,為了緩解經濟壓力,風電設備和零部件生產商都在積極尋求各種方法來盡量降低成本,葉片廠家也希望通過降低各種材料價格來減小成本支出。目前,葉片用夾芯材料主要有PVC硬質泡沫、balsa輕木、PET泡沫和SAN泡沫,夾芯材料成本占葉片材料總成本的20%左右。若想降低夾芯材料的成本,可能的方案有兩個:優化夾層結構部位的設計和選用新型性價比更高的夾芯材料。
2 夾芯材料的種類和性能特點
目前,用于復合材料夾層結構的夾芯材料主要有:硬質泡沫、蜂窩和輕木三類。
2.1 硬質泡沫
硬質泡沫主要有聚氯已烯(PVC)、聚氨酯(PU)、聚醚酰亞胺(PEI)、和丙烯腈一苯乙烯(SAN或AS)、聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)、聚乙烯(PET)等。
(1)PVC泡沫
PVC泡沫實際上是PVC和聚氨酯混合物,但常常都簡單的說成PVC泡沫。PVC泡沫耐苯,所以能夠和聚酯樹脂共同使用。PVC泡沫主要有兩種,一種是交聯PVC,另外一種是非交聯PVC,也叫做線性PVC泡沫。
交聯PVC泡沫具有很好的靜力動力性能,可以用于承載要求高的產品。使用溫度在-240度~+80度,并且能夠耐多種化學物質腐蝕,市場上使用的主要有Airex和DIAB的PVC產品。經改進的PVC泡沫可用于預浸料等耐熱要求更高的工世中,使用溫度可達140度,如Airex C71系列。線性PVC泡沫力學性能,化學穩定性(耐苯)和熱變形性能相對要低一些,但兼具良好韌性和柔性,能吸收消化巨大的沖擊能量,抗沖擊性能特別好,例如Airex R63系列。