风电叶片大梁主要采用三种生产制造工艺:1.真空袋压成型;2.真空导入;3.拉挤成型。
从前主要采用工艺1.真空袋压成型和工艺2.真空导入,效率低、成本高。按这样的材料与工艺,只有 40 米以上的风电叶片(即风轮直径 80 米,功率 1.8 兆瓦以上)使用碳纤维替代玻璃纤维才可能被用户接受。而只有工艺3—拉挤工艺,才让碳纤维梁在风电领域的应用前景广阔。
通过创新设计将主梁承力结构分拆为可装配的拉挤梁片标准件。某风电设备制造巨头,在大梁结构上采用了革命性的创新设计:把整体化成型的主梁主体受力部分拆分为高效低成本高质量的拉挤梁片标准件。然后把这些标准件一次组装整体成型。
高效、低成本、高质量的碳纤维梁片拉挤工艺,使得碳纤维使用成本大幅降低。这种用新设计和新工艺制造的碳纤维主梁,完成技术攻关后,碳纤维在风电领域的使用量进入快速增长。以中国为例:2014 年风电领域的碳纤维用量还是 0,到现在激增到上万吨。
根据分析结果,到 2025 年风轮直径将从现在的 100m 扩大到 160m,IEA 的分析也可以得出类似的结论。由此可见,为了提高风机效率,满足更广泛的风场条件,现在业界已经形成共识:风轮直径扩大是风电未来的发展趋势。
风轮直径扩大,必然导致叶片刚度下降,更加容易变形。如何在一定控制质量的前提下,提高叶片刚度,是风电叶片设计必须要考虑的问题。碳纤维(主要是大丝束碳纤维)作为质量轻、强度高、模量高的新型材料在风电叶片领域的应用必将进一步提升。
中国碳纤维需求增加是全球碳纤维需求持续增长的重要因素。2020年中国碳纤维总需求为48851吨,同比增长了29%,不同机构统计略有不同,但“高增长高需求”是共识。(来源:网络)
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