碳纤维在风电叶片中的应用

    碳纤维的应用可以减少负载和增加叶片长度，从而制造适合于低风速地区的大直径风叶，使风能成本下降。
   （5）可制造自适应叶片
    叶片装在发电机的轮轮上，叶片的角度可调。目前主动型调节风机（active utility－size wind turhines）的设计风速为13 to 15m／sec（29 to 33mph），当风速超过时，则调节风叶斜度来分散超过的风力，防止对风机的损害。斜度控制系统对逐步改变的风速是有效的。但对狂风的反应太慢了，自适应的各向异性叶片可帮助斜度控用系统（the pitch control system），在突然的、瞬间的和局部的风速改变时保持电流的稳定。自适应叶片充分利用了纤维增强材料的特性，能产生非对称性和各向异性的材料，采用弯曲／扭曲叶片设计，使叶片在强风中旋转时可减少瞬时负载。美国Sandia National Laboratories致力于自适应叶片（“adzptive”blade）研究，使1.5W风能从每kwh5美分降到4.9分，价格可和燃料发电相比。

   （6） 利用导电性能避免雷达击
    利用碳纤维的导电性能，通过特殊的结构设计，可有效地避免雷击对叶片造成的损伤。
   （7） 降低风力机叶片的制造和运输成本
    由于减少了材料的应用，所以纤维和树脂的应用都减少了，叶片变得轻巧，制造和运输成本都会下降。可缩小工厂的规模和运输设备。
   （8）具有振动阻尼特性。碳纤维的振动阻尼特性可避免叶片自然频率与塔暂短频率间发生任何共振的可能性。
    5.碳纤维应用的主要问题和解决途径
    碳纤维应用的缺陷：
   （1）碳纤维是一种昂贵纤维材料，在碳纤维应用过程中，价格是主要障碍，另外，性价比影响了它在风力发电上的大范围应用。必须当叶
片超过一定尺寸后，因为材料用量下降，才能比玻纤叶片便宜。目前采用碳纤维和玻璃纤维共混结构是一种比较好的办法，而且还综合了两种材料的性能。另外一种方法是采用从沥青制造的成本较低的碳纤维，这种碳纤维的价格可以降到5美元/lb 的心理价位。
   （2）CFRP比GFRP更具脆性，一般被认为更趋于疲劳，但是研究表明，只要注意生产质量的控制以及材料和结构的几何条件，就可足以保证长期的耐疲劳。

   （3）直径较小的碳纤维表面积较大，复合材料成型加工浸润比较困难。由于碳纤维叫、片一般采川环氧树脂制造，要通过降低环氧树脂制造的熟度而不降低它的力学性能是比较困难的，这也是一些厂家采用预浸料工艺的原因。此外碳纤维复合材料的性能受工艺眼影响敏感（如铺层方向），对工艺要求较高。
   （4）碳纤维复合材料透明性差，难以进行内部检查。
    但碳纤维在大型叶片中的应用已成为一种不可改变的趋势。目前，全球各大叶片制造商正在从原材料、工艺技术、质量控制等各方面进行深入研究，以求降低成本，使碳纤维能在风力发电上得到更多的应用。可通过如下的途径来促进碳纤维在风力发电中的应用：
   （1）叶片尺寸越大，相对成本越低。因此对于3MW（40m）以上，尤其是5MW以上的产品。目前大规模安装的2.5-3.5MW机组采用了轻质、高性能的玻璃纤维叶片，设计可靠，市场竞争力强，下一代5-10MW风力机的设计将更多的采用碳纤维。
   （2）采用特殊的织物混编技术。根据叶片结构要求，把碳纤维铺设在刚度和强度要求最高的方向，达到结构的最优化设计。如TPI公司