大型风力发电机复合材料叶片技术及进展

    1　引　言
    目前风能仍然是增长最快的能源。在近5年中，风力发电机组装机容量年平均增长率大于35%。据世界风能协会的统计资料，截至2003年底，世界风力发电机组总装机容量为39151.3MW，比上年增长了22%，2003年度新增容量为7981MW。5个主要风电市场装机占全世界新增容量的80%。其中德国新增装机2608MW，美国新增装机1685MW，西班牙新增装机1372MW，印度新增装机408MW，后起之秀奥地利新增276MW(200%的增长率)。预计到2008年，全世界风电装机总容量将达到100000MW。2020年风力发电量将占世界总发电量的11.81%。
    随着现代风电技术的发展与日趋成熟，风力发电机组的技术沿着增大单机容量、减轻单位千瓦重量、提高转换效率的方向发展。上世纪末，风电机组主力机型是750kW。到2002年前后，主力机型已经达到1.5MW以上。1997年兆瓦级机组占当年世界新增风电装机容量的9.7%，而2001年和2003年分别占到52.3%和71.4%。海上风电场的建设要求单机容量更大的机组，，欧洲已批量安装3.6MW机组，5MW机组也已安装运行
     叶片是风力机的关键部件之一，涉及气动、复合材料结构、工艺等领域。在兆瓦级风电机组中，叶片更是技术关键。如1.5MW主力机型风力机叶片长34～37m，每片重6t，设计制造难度很高。在国外叶片集中在几家专业公司生产。最著名的叶片公司是丹麦的LM公司，是世界上唯一一家全球叶片生产商。目前在全世界正在运行的风机叶片中1/3以上都是LM的产品。至2000年LM已生产6万片叶片，当年生产7200片叶片，占居世界市场的45%，近来一些著名的风力机制造商也开始自己生产叶片。
    我国可开发利用的风能资源有10亿kW。其中陆地2.5亿kW，现在仅开发了不到0.2%；近海地区有7.5亿kW，风能资源十分丰富。风能资源丰富的地区主要分布在“三北”(东北、西北、华北)地区及东南沿海地区。三北地区可开发利用的风力资源有2亿kW，占全国陆地可开发利用风能的79%。根据风力发电中长期发展规划，到2005年全国风电总装机容量为100万kW，2010年400万kW，2015年1000万kW，2020年2000万kW。2020年以后石化燃料资源减少，火电成本增加，风电具备市场竞争能力，发展更快。2030年后水能资源基本开发完毕，海上风电将进入大规模开发期。我国在风力机复合材料叶片设计与制造技术方面与国外有一定的差距。为使复合材料叶片能国产化，政府有关部门很重视叶片的研发，把叶片列入攻关项目予以支持所研发的200～750kW系列风力机复合材料叶片已形成批量生产，兆瓦级风力机正在开发中，尚不具备规模化生产能力。
    2　大型风力机的复合材料叶片技术