(1)提高葉片剛度,減輕葉片重量
碳纖維的密度比玻璃纖維小約30%,強度大40%,尤其是模量高3至8倍。大型葉片采用碳纖維增強可充分發(fā)揮其高彈輕質的優(yōu)點。荷蘭戴爾弗理工大學研究表明,一個旋轉直徑為120米的風機的葉片,由于梁的質量超過葉片總質量的一半,梁結構采用碳纖維,和采用全玻纖的相比,重量可減輕40%左右;碳纖維復合材料葉片剛度是玻璃纖維復合材料葉片的兩倍。其他的研究也表明,添加碳纖維所制得的風機葉片質量比玻璃纖維的輕約32%,而且成本下降約16%。
?。?)提高葉片抗疲勞性能
海上風電系統(tǒng)風機總是處在條件惡劣的環(huán)境中,并且24小時的處于工作狀態(tài)。這就使材料易于受到損害。相關研究表明,碳纖維合成材料具有出眾的抗疲勞特性,當與樹脂材料混合時,則成為了風力機適應惡劣氣候條件的最佳材料之一。
?。?)使風機的輸出功率更平滑更均衡,提高風能利用效率
使用碳纖維后,葉片重量的降低和剛度的增加改善了葉片的空氣動力學性能,減少對塔和輪軸的負載,從而使風機的輸出功率更平滑和更均衡,提高能量效率。同時,碳纖維葉片更薄,外形設計更有效,葉片更細長,也提高了能量的輸出效率。
(4) 利用導電性能避免雷達擊
利用碳纖維的導電性能,通過特殊的結構設計,可有效地避免雷擊對葉片造成的損傷。
(5) 降低風力機葉片的制造和運輸成本。
由于減少了材料的應用,所以纖維和樹脂的應用都減少了,葉片變得輕巧,制造和運輸成本都會下降。可縮小工廠的規(guī)模和運輸設備。
未來碳纖維在風電市場的潛力:
目前世界風力發(fā)電進一步向大功率、長葉片方向發(fā)展。由于風力發(fā)電單位成本隨風力發(fā)電的單機功率的增大而降低,因此從安裝第一臺現代化的風力發(fā)電裝置起單機功率一直增長、葉片的長度也在不斷增長,這給碳纖維帶來更大空中?,F在風力發(fā)電機葉片長度達到50米已經不稀奇,風力發(fā)電葉片最大制造商LM ,GLASFIBER公司已關閉了專門生產長度在24米以下的葉片廠。
于風力發(fā)電向大功率、長葉片方向發(fā)展,除了要求提高改進材料的性能,對轉子葉片也不斷提出更新設計要求,進而又對材料提出新要求。當然碳纖維復合材料在風力發(fā)電上的大量采用,也面臨價格的壓力。葉片中心針對我國大規(guī)模發(fā)展海上風力發(fā)電的需要,瞄準未來世界風電技術的發(fā)展方向,緊密圍繞我國大規(guī)模風能利用需要解決的主要科學問題,開展涉及風力透平葉片的基礎理論研究,將是我國風電開發(fā)領域的技術突破點。