碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用进展
碳纤维在风力发电机叶片中的应用
碳纤维在风力发电机叶片中的应用碳纤维是一种由碳纤维织物和树脂组成的复合材料，具有轻量化、高强度、耐腐蚀和耐疲劳等优点，因此在风力发电机叶片中得到了广泛应用。
首先，碳纤维在风力发电机叶片中的应用可以显著降低叶片的重量。
由于碳纤维的密度较低，约为2.0 g/cm3，比大多数传统材料如钢铁、铝等轻。
同等重量下，碳纤维比其他材料更具强度，这意味着只需较少量的碳纤维即可达到相同的强度要求。
这能够大幅降低风力发电机叶片的重量，进而提高风能转化效率。
其次，碳纤维具有优异的强度和刚度，可以提高风力发电机叶片的结构强度和抗风荷载能力。
风力发电机叶片在运转过程中需要承受巨大的气动载荷和旋转惯性力，若叶片结构不足够强硬或刚性，则有可能发生弯曲、振动、疲劳破坏等问题。
而碳纤维叶片具有高强度和高刚度的特点，使其能够有效抵抗风荷载，降低结构失稳的风险，提高叶片的可靠性和运行稳定性。
另外，碳纤维具有优良的疲劳性能，可以延长风力发电机叶片的使用寿命。
由于长期在恶劣气候条件下运行，风力发电机叶片容易受到风、雨、冰等自然环境因素的损害，尤其是疲劳破坏。
碳纤维材料具有良好的疲劳耐久性，能够高效地承受变化的载荷和应力，减少叶片因疲劳损伤导致的维修和更换成本，延长叶片的使用寿命。
此外，碳纤维具有良好的耐腐蚀性能，可有效抵抗风力发电机叶片面对的腐蚀环境。
风力发电机叶片在暴露于海洋和湿润环境中会遭受到大气中的盐雾、湿度等的侵蚀，容易引起金属材料的腐蚀。
而碳纤维具有高抗腐蚀性能，不受盐雾和潮湿环境的影响，使得风力发电机叶片能够更好地应对高腐蚀性环境的挑战。
最后，碳纤维制造工艺相对灵活，可实现大尺寸、复杂形状的叶片设计。
与传统的金属叶片相比，碳纤维材料能够通过纤维层堆叠和树脂浸渍技术，实现复杂形状的叶片构造和细节，满足不同的设计需求。
由于碳纤维材料具有很好的可塑性，可以根据实际需要进行模具制造、层叠设计和热固化处理，制造出更加精细、高效的风力发电机叶片。
碳纤维复合材料在风电叶片中的应用
衡 ， 高 了风 能利用 效率 。 提 同时 ， 纤 碳 维 的轻质高强特性 可使 叶片能够设计 成 更薄 更有 效 的结构 形式 ， 叶片更 细
长 ， 高 了能量 的输 出效率 。 外 ， 提 此 在 大型柔性风 电叶片结构 中如主梁 帽和
３ 提高叶 片对恶劣环境的适应性 ．
风 机 长期 在 恶 劣 的 自然 条 件 下 工作， 湿度 、 劳 、 风雨 和雷 击等 因 疲 暴 素都可 能使 风 电叶 片易于 受到 损坏 。 ＣＦＲＰ 不仅具有 高的抗压缩 强度 和优
－ 垒球 最电年 度絮计装 枫窑惫
向发展 。 图 ２ 以看 出 ， 世 纪 ８年 从 可 ２ ０ ０ 代 末期 到 ９ 年代 初期 ， 流 的风 电机 ０ 主
组单机容量 为 ５ ０ ， ０ ｋｗ 发展到今 天 ， 已 经 出现 了单 机容 量 为 ７ ＭＷ 的风力 发 电机组 ， 美国爱那康公司 （ ｎ ｒ ｏ ） Ｅ ｅ ｃ ｎ 的
随着 叶 片长度 的 增加 ， 材料 的 对 强度 和刚度等性 能提 出了更 加苛 刻的 要求， 尤其 是近 几 年发展 迅速 的海 上 风 电开发需要 更轻质 、 抗拉力更强 、 更
耐腐 蚀的 新材料 。 玻璃 纤维 复合 材料 （ Ｆ ） 代风 电叶片采用最普遍 Ｇ ＲＰ 是现 的复 合材料 ， 占据着 大 型风 机 叶片材
１提高 叶片刚度 ，减轻叶片质量 ．
ＣＦ ＲＰ的 比强度 （ 强度／ 度 ） 密 约 是ＧＦＲＰ ２ ， 的 倍 比模 量 （ 模量／ 度 ） 密 约是ＧＦ 的 ３ 。 ＲＰ 倍 对于用 于相 同功率 机组 的风 电叶片 ， 碳纤 维 的使用 可使 叶 片 的重 量 大 幅 下 降 （ ３ 。 中材 图 ）如
Ｏ
碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用
碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用风力发电机叶片是风力发电机的重要组成部分，主要用于将风能转化为机械能。
传统的风力发电机叶片通常由玻璃钢材料制成，然而，随着碳纤维复合材料的发展，越来越多的风力发电机叶片开始采用碳纤维复合材料制造。
碳纤维复合材料具有轻质化、高强度、高刚度等优点，使得其在风力发电机叶片中具有广泛的应用前景。
首先，碳纤维复合材料具有轻质化的优点。
相对于传统的金属材料，碳纤维材料的密度较低，可以实现材料的轻量化设计。
在风力发电机叶片中，轻质化的材料可以减小自重，提高转动效率，提高整个风力发电机的发电效率。
其次，碳纤维复合材料具有高强度和高刚度的优点。
碳纤维具有高强度和高模量的特性，使得碳纤维复合材料具有出色的抗拉、抗压和抗弯能力。
风力发电机叶片在运转过程中需要承受巨大的动力负荷，碳纤维复合材料可以有效地抵抗这些负荷，提高叶片的结构强度，降低材料疲劳和断裂的风险。
此外，碳纤维复合材料具有良好的耐腐蚀性能。
风力发电机通常被安装在海洋或者高海拔地区，受到气候和环境的影响较大。
传统的金属材料容易受到氧化、腐蚀等不良因素的影响，导致材料的寿命缩短。
而碳纤维复合材料具有耐腐蚀性能，能够有效地抵御海洋环境的侵蚀，提高叶片的使用寿命。
另外，碳纤维复合材料还具有优良的疲劳性能。
风力发电机叶片在运转过程中需要不断地承受风力的冲击和振动，对材料的疲劳性能要求较高。
而碳纤维复合材料具有良好的抗疲劳性能，能够有效地抵抗风力的冲击和振动，提高叶片的使用寿命。
最后，碳纤维复合材料在制造过程中具有良好的可塑性和可成型性。
碳纤维复合材料可以根据不同的设计要求进行定制，灵活度高，可以满足不同尺寸和形状的风力发电机叶片的需求。
综上所述，碳纤维复合材料在风力发电机叶片中具有轻质化、高强度、高刚度、耐腐蚀性能优良，并且具有良好的疲劳性能等优点，可以提高风力发电机叶片的性能和使用寿命。
随着碳纤维复合材料制造工艺的不断改进和成本的不断降低，碳纤维复合材料在风力发电机领域的应用前景将更加广阔。
碳纤维复合材料 新能源领域应用案例
碳纤维复合材料新能源领域应用案例碳纤维复合材料在新能源领域的应用，那可真是个特别有趣又充满无限潜力的事儿。
咱就说风能发电吧。
你看那巨大的风力发电机的叶片，就像是巨人伸展的手臂，在风中缓缓转动，捕捉着风的能量。
以前呢，这些叶片大多是用一些普通材料制作的，又重又不够坚固。
这就好比一个人想要跑得快，却穿着一双沉重又不合脚的鞋子，怎么能行呢？碳纤维复合材料的出现，就像是给风力发电机的叶片穿上了轻便又结实的运动鞋。
碳纤维复合材料重量轻啊，这使得叶片在转动的时候不需要消耗太多额外的能量来带动它自身的重量，就像运动员穿上轻跑鞋能跑得更轻松一样。
而且它的强度还特别高，面对狂风暴雨的袭击，就像一个坚强的战士，屹立不倒，能够长时间稳定地工作，把风能源源不断地转化为电能。
再看看新能源汽车领域。
汽车就像是一个移动的小城堡，要想跑得快、跑得稳，还得节省能源，这可不容易。
碳纤维复合材料在这儿就派上了大用场。
你要是摸过碳纤维复合材料制作的汽车部件，就会感觉到它那种独特的质感，轻盈却又给人一种坚韧的感觉。
用碳纤维复合材料做车身框架，就好比给汽车的骨架进行了一次升级改造。
它比传统的金属材料轻很多，这意味着汽车整体重量下降了。
你想啊，汽车轻了，就像一个人减肥成功一样，跑起来自然就更轻快了，需要的能量也就少了，这电池的续航里程不就增加了嘛。
而且碳纤维复合材料还能让汽车的安全性提高不少呢。
万一发生碰撞，它就像一个可靠的保镖，能很好地保护车内的乘客。
这就好比是用高强度的防护网把乘客紧紧地保护起来，让人特别安心。
还有在太阳能电池板的支架方面，碳纤维复合材料也有着独特的贡献。
太阳能电池板啊，就像一片片蓝色的小海洋，静静地躺在那儿吸收着阳光的能量。
那支撑它们的支架可不能马虎。
碳纤维复合材料做的支架，就像是一群默默付出的小助手。
它不会像有些金属支架那样，时间长了会生锈腐蚀，它就像一个永远精力充沛的小卫士，长时间稳定地支撑着太阳能电池板。
而且它的轻巧性也使得安装变得更加容易，就像搭积木一样轻松，不会给整个太阳能发电系统带来过多的负担。
碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用进展
碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用进展随着风电行业的快速发展，对于风电叶片的要求也越来越高。
传统的风电叶片主要使用玻璃纤维增强塑料（Glass Fiber Reinforced Plastics, GFRP），但其在抗风荷载、承载能力、疲劳性能等方面存在一定的不足。
为了提高叶片的性能，碳纤维及复合材料得到了广泛研究和应用。
1.碳纤维增强塑料（Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP）：以碳纤维为增强体的塑料基质材料，能够显著提高叶片的强度和刚度。
与传统的GFRP相比，CFRP具有更高的拉伸强度和模量，能够有效地减缓叶片在风荷载下的振动，并提高承载能力。
2.碳纤维树脂复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP）：由碳纤维和树脂组成的复合材料，具有优异的力学性能和耐久性。
CFRP在风电叶片中的应用可以大幅度减轻叶片的重量，提高叶片的结构强度和疲劳寿命。
3.纳米碳管/纤维复合材料：纳米碳管和纤维相结合的复合材料，具有高强度、高导热性和良好的阻尼效果。
纳米碳管/纤维复合材料在风电叶片中的应用可以提高叶片的力学性能和耐久性，特别是在复杂的风荷载环境下表现出优异的阻尼效果。
4.天然纤维增强复合材料：将天然纤维（如竹纤维、麻纤维等）与树脂相结合形成的复合材料，具有较低的成本和环境友好性。
天然纤维增强复合材料在风电叶片中的应用可以减少对有限资源的依赖，并降低生产过程的能耗和排放。
5.混合增强复合材料：将碳纤维、玻璃纤维和天然纤维等不同种类的纤维相结合，形成混合增强复合材料。
混合增强复合材料在风电叶片中的应用可以充分利用不同纤维的优势，提高叶片的综合性能。
总的来说，碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用进展迅速，为提高叶片的性能和可靠性提供了新的解决方案。
随着技术的不断创新和进步，碳纤维及复合材料在风电叶片中的应用将会得到进一步推广和应用。
碳纤维在风电叶片中的应用
碳纤维在风电叶片中的应用引言：随着全球清洁能源需求的增加，风力发电作为一种可再生能源正在迅猛发展。
风力发电的一个重要组成部分就是风电叶片。
然而，传统的玻璃纤维叶片存在重量大、强度低、耐久性差等问题，限制了风力发电的进一步发展。
碳纤维作为一种新型材料，因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，在风电叶片中得到了广泛的应用。
本文将详细介绍碳纤维在风电叶片中的应用。
一、碳纤维的特性碳纤维是由数以万计的碳纤维束组成的，每根碳纤维的直径很小，约为0.005-0.010毫米。
由于碳原子之间的键结构特别强大，碳纤维具有很高的强度和刚度。
此外，碳纤维还具有轻质化、耐超高温、耐腐蚀等特点。
1.降低叶片重量碳纤维相对于传统的玻璃纤维具有更低的密度，可以实现风电叶片的轻量化。
轻量化的风电叶片可以减少风场的安装成本，同时也降低了叶片对风力机的载荷，提高了整个风力发电系统的可靠性和稳定性。
2.提高叶片强度和刚度碳纤维具有出色的强度和刚度，可以显著提高风电叶片的抗弯、抗拉和抗扭性能。
这样一来，风电叶片可以承受更大的风载荷，提高了风力发电系统的功率输出。
3.增加叶片寿命碳纤维具有优异的耐腐蚀性能，可以有效防止风电叶片受到环境因素的侵蚀，延长叶片的使用寿命。
另外，由于碳纤维的疲劳性能优秀，叶片在长时间使用过程中也不易出现疲劳断裂，进一步提高了风电叶片的可靠性。
4.提高叶片的设计自由度碳纤维可以根据需要进行个性化设计，并且可以加工成复杂的形状，从而满足不同风力机的要求。
这种灵活性为生产商提供了更多创新的空间，可以开发出更加高效和可靠的风电叶片。
三、碳纤维在风电叶片中的应用案例1.使用碳纤维增强聚酯树脂制作叶片外壳碳纤维增强聚酯树脂是一种常用的风电叶片外壳材料。
其具有良好的机械性能和重量优势，能够很好地保护内部结构和叶片。
2.使用碳纤维增强环氧树脂制作叶片结构碳纤维增强环氧树脂常用于风电叶片的结构部分。
碳纤维增强环氧树脂具有优异的强度和刚度，能够承受较大的风载荷，同时具有出色的耐腐蚀性能和疲劳性能。
碳纤维材料在风电领域中的应用
省（ 、 ） 区 市 江苏 福建
生产 叶片 ， 要 的 １ 大供 应 商见 表 ２ 主 ０
力 技术 集 团 （ 以下 简称 “ 斯塔 斯 ” 、 维 ） 通用 电气公司等 国外风 电供应商 的市 场份 额则急剧 下降。
计安 装 风 电机组 ３ ８台 、 机 容量 ４４５ 装
４ ３ ．９ Ｗ ， 比增 长 ７ ．％。００ ４ ７３ ２Ｍ 同 ３ ３ ２ １
碳纤维材料在风电领域中的应用
一 文／ 李 峰
河 南永 煤碳 纤维有限公 司
风 能作为最 清洁 、 安全 的能源 ， 最
望２ １） ００） 显示 ， ０ ０ 报告 到２２ ￣风能可满足 全球 １％的 电力 需求，００ ２ ２ ３￣可达 ２０， ２０ ／
２ 国内发展现状 ．
目前 ， 国 平 均 风 功 率 密 度 为 我 １０ ／ 陆 地 风 能资 源 总储 量 约 ｏｗ ｍ ，
时闻／ 年
图 １ ２０ － ００ ０ ０ ２ １ 年全球风电累计和新增 装机容量
新鲫捌产业 Ｎ ．１ ０ １删 Ｏ １ １ ２
量 １ ２ ．９ ８９ ７ ９ＭＷ ， 同比增长 ３ ．％； ７ １ 累
二、风 电企业生产现状
１ 国外风 电企业 ．
全球 大型风 电供应 商均 自主研 发
预 计到 ２ １年 末 ， 国风 电累计 装机 ０５ 我
容量 将达到 １０～１ ０ ０ ５ ＧＷ 。
装机容量见表 ３ 所示 。
量
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图２ ０ ０ ２ １ 年我国风 电累计和 新增装机容量 ２ ０ — ０ ０ 表１ ２ ０ － ０ ０ ９ ２ １ 年我国部 分省市风 电累计装机容 量 ０
大型碳纤维复合材料风机叶片成型工艺与发展
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表 １ 各 种 增 强 材 料 主 要 性 能
３期
马祥林 ， ： 等 大型碳纤维复合材料风机叶片成 型工艺 与发展
碳纤 维 的刚度 是 玻 璃 纤 维 的 ３倍 ， 成 的 复 合 制 材料 是玻 璃 钢 的 ２倍 ， 且碳 纤 维 增 强 叶片 的质 量 比 纯玻纤 的轻 约 ３ ％ 。特 别 是 制 造 承 载 能 力 高 的 大 ２ 型 叶片时 ， 强度 和 刚度要 求 较 高 的部 位 （ 如翼 缘 ） 必
须使 用碳 纤维 作增 强材 料 。碳纤 维 的导 电性还 可 有
采 用不 同 的成型工 艺 。
目前 ， 电领 域 纤 维 复合 材 料成 型 工艺 主 要包 风 括 ：１ 传 统工 艺 ， 手 糊 、 绕 、 （） 如 缠 热压 罐 、 挤 ；２ 拉 （） 预成 型工 艺 ， 如树脂 转 移模 塑 Ｒ Ｍ、 空辅 助 Ｖ Ｒ Ｔ 真 Ａ ． Ｔ 树 脂渗 透 Ｒ Ｉ树脂 注入 Ｓ ＲＭＰ （ ） Ｍ、 Ｆ、 Ｃ Ｉ ；３ 其它 成 型
ｇ ｎ ｅｎ ｗ Ｒ ｉｆｒｅ ｌｘｍｏｄｎ ｒｃ ｓ ｒ ｅｉｗ ｄ ｈｃ ｓｒｓａｃ ｅ ｎ ｔｅ ｃ ｂ ｎ ｆ ｅ ｅｎｏｃ ｄ ｐ ｌｍｅ Ｙａ ｄｔ ｅ ｅｎｏｃ ｄＦｅ ｌｉｇｐｏ ｅｓａｅ ｒｖｅ ｅ ，ｗ ｉｈ ｉ ｅｅｒ ｈ ｄ ｉ ｈ ａ ｏ ｂ ｒｒｉｆｒｅ ｏｙ ｒ ｈ ｒ ｉ
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复合材料在风机叶片中的应用及能力认可现状
摘要本文简述了风机叶片用复合材料中不同纤维增强复合材料的优缺点，以及未来增强体和基体应用的发展趋势，同时总结了CNAS认可的风机叶片以及叶片中材料性能检测的认可现状。
认为碳纤维和玻璃纤维的混杂纤维、高性能纤维等增强体，以及聚氨酯树脂、热塑性树脂或可回收树脂等基体是未来风机叶片用复合材料的研究方向；同时通过总结分析风机叶片检测实验室在认可过程中的常见问题，为后续相关实验室认可提供了关注点。
风能是可再生的清洁能源，风力发电作为一种优质的发电方式，能够有效改善电力行业对石油、煤炭等不可再生能源的依赖，对于生态环境保护和适应时代发展具有重要的意义。
风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，因此日益受到世界各国的重视。
根据国家能源局的统计数据显示，截止到2023年7月底我国风电装机容量约3.9亿kW，同比增长14.3%。
随着风机单机容量的不断扩大，风机叶片的长度也要求不断增加。
风力机叶片作为风能发电机中的核心部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常运行的重要因素。
叶片在工作中要承受多种外部环境的影响，因此要求叶片材质具有良好的强度、刚度和韧性以及抗风沙、抗冲击、耐腐蚀等性能。
目前，纤维增强复合材料在风力机叶片上得到了广泛的应用，其质量轻、强度高、耐久性好，已成为大型风力发电机叶片的首选材料。
1玻璃钢复合材料玻璃纤维增强热固性树脂复合材料，俗称玻璃钢，是一种以玻璃纤维或其制品为增强体，以热固性树脂为基体，并通过一定的成型工艺复合成的材料。
玻璃钢具有成本低、强度高、重量轻、耐腐蚀、易加工等特点，被广泛应用于风力发电机叶片的制造。
常见的玻璃纤维分为E型和S型，E型玻璃纤维也称无碱玻璃纤维，是一种硼硅酸盐玻璃，因其良好的电气绝缘性和机械性能，被大量用于生产玻璃钢。
S型玻璃纤维是一种特制的抗拉强度极高的硅酸铝-镁玻璃纤维，它的模量比E型玻璃纤维材料高出了18%；它的纤维拉伸强度为4600MPa，比E型玻璃纤维的3450MPa 增加了33%。
碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用
碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用随着全球对可再生能源的需求不断增加，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式正逐渐得到广泛应用。
而风力发电机叶片作为风能转换的关键部件，其性能的提升对整个风力发电系统的效率和可靠性具有重要影响。
在叶片的材料选择中，碳纤维复合材料由于其独特的优势而成为首选材料。
碳纤维复合材料具有优异的强度和刚度。
相比传统的金属材料，碳纤维复合材料具有更高的比强度和比刚度，能够承受更大的载荷，并且具有更好的抗疲劳性能。
这使得风力发电机叶片能够在恶劣的环境条件下长期稳定运行，大大延长了叶片的使用寿命。
碳纤维复合材料具有较低的密度。
相比金属材料，碳纤维复合材料的密度较低，使得叶片的重量得到有效控制。
轻量化的叶片能够减轻整个风力发电机的负荷，提高发电效率。
此外，较轻的叶片还能减小叶片的转动惯量，提高系统的动态响应能力。
碳纤维复合材料还具有优异的抗腐蚀性能和耐候性。
风力发电机叶片经常暴露在潮湿、腐蚀的环境中，传统的金属材料容易受到腐蚀而影响叶片的性能。
而碳纤维复合材料具有良好的抗腐蚀性能，能够有效地抵御潮湿和腐蚀的侵蚀，保持叶片的稳定性能。
碳纤维复合材料还具有良好的设计自由度。
由于碳纤维复合材料可以根据需要进行定向增强，因此可以根据叶片的设计要求进行灵活的组合和布局，实现叶片结构的优化。
这种灵活的设计能够提高叶片的气动性能和动态特性，进一步提高风力发电机的效率和稳定性。
然而，碳纤维复合材料也存在一些挑战和限制。
首先，碳纤维复合材料的制造成本较高。
相比传统的金属材料，碳纤维复合材料的制造过程更为复杂，需要较高的技术和设备投入，从而导致制造成本的增加。
其次，碳纤维复合材料的回收和再利用也存在一定的难度，这对环境保护和可持续发展提出了一定的挑战。
碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用具有广阔的前景和潜力。
其优异的强度、刚度、轻量化、抗腐蚀性能和设计自由度使得风力发电机叶片能够具备更高的效率、更长的使用寿命和更好的稳定性能。
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玻纤和碳纤在风电叶片上使用的比较 （ 57m 叶片 ）
叶片 长度(m) 风轮直径(m) 额定功率(MW) WEI57-3000G 57 116 3.0 WEI57-3000G2 低扰度 57 116 3.0 WEI57-3000C 57 116 3.0
仅针对材料成本
外壳材料 主梁材料
中国复合材料集团有限公司
碳纤维在风电叶片中的应用优势
良好的设计和优越的性能
风机主要零部件： 叶片、齿轮箱 发电机
齿轮箱 发电机
是保证机组正常稳定运行 的决定因素
轮毂
叶片
塔架
中国复合材料集团有限公司
碳纤维在风电叶片中的应用优势
风力发电机成长与发展之路
海上风机
10MW
风 轮 直 径
（米）
750KW 500KW 300KW 50KW 100KW 1.5MW
中国复合材料集团有限公司
玻纤和碳纤在风电叶片上使用的比较
根据东丽风能研究所资料(1.5MW)
大梁: GFRP
只在大梁处用碳纤维复合材料 替换玻璃纤维复合材料
大梁: CFRP
当主梁使用碳纤维增强复合材料时，与玻璃钢叶片比较，叶片重量 减轻12%，且具有更高刚性，更高耐疲劳性。 更低运输安装成本以及维修成本，延长风机使用寿命带来的成本的 降低等优势。
主梁设计
环氧树脂浸渍无 碱玻璃纤维 浸渍玻璃纤维
盒式梁(2腹板) 0 4,725 8,213 875 235 286 14,334
环氧树脂浸渍无 碱玻璃纤维 浸渍玻璃纤维
盒式梁（2腹板） 0 7,201 7,904 750 235 286 16,376
环氧树脂浸渍 无碱玻璃纤维 碳纤维预浸料
工字梁（1腹板） 1,298 0 7,716 926 235 286 10,461
中国复合材料集团有限公司
10MW和12MW海上风力机组的已启动研发 风轮直径约200m
中国风电产业发展现状
主机商： 金风（3MW、6MW）、华锐（3MW、5MW、6MW） 联合动力（3MW、6MW）、明阳（3MW、6MW） 东汽（3MW、5.5MW）、湘电（5MW）、 上海电气（3.6MW、6MW） 叶片生产商：曾多达经近百家，经过近几年的激烈竞争，目 前能够批量供货的制造商不足10 家。 • 中国复材、中材科技、中航惠腾、LM; • 东汽、国电、明阳、上海玻钢院、VESTAS、GAMESA
更高的模量 （3） 更小的比重 （0.6） 更小的静应变 （0.5） 碳纤维 玻璃纤维 更高的强度(2) 更高的模量(3) 更小的比重(0.8) 更高的比强度(2.7) 更高的比模量(4)
碳纤维复合材料 玻璃纤维复合材料
25
中国复合材料集团有限公司
碳纤维在风电叶片中的应用优势
风电机组组件重量比较
轮毂重量 3叶片重量
E-glass/epoxy (Vf=53%) Lay-up and % 0° -material: [±45/0° ]S, 64%-0° Laminate fabricated by: MSU
1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05
1.00E+06
中国复合材料集团有限公司
中国风电产业发展现状
风电发展目标 根据《可再生能源发展“十二五”规划》
到2015年，风电并网容量大约为120GW，需要每年
新增装机15GW以上; 2020年，我国风电并网目标要达到200GW; 全球风能理事会预测2020年中国风电装机容量达到 250GW。
中国复合材料集团有限公司
碳纤维预浸料
环氧树脂浸渍 碳纤维/玻璃纤 维 碳纤维预浸料
工字梁(1腹板)
盒式梁（2腹板） 工字梁（1腹板）
0 14,281 23,413 2,125 920 620 41,360
3,598 0 23,831 2,344 1,040 480 31,293
3,598 0 18,322* 1,377 1,040 480 25,201
1500
Maximum Sress S MPa
500
400
环境：大气中 温度：R.T. 材质：CFRP 载荷：控制 波形：sin波 周波数：5Hz 应力比：R=-1
300
1000
200
100
500
0 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 1.E+08
0
# of Cycles N
中国复合材料集团有限公司
碳纤维在风电叶片中的应用优势
成本：综合风力发电成本降低
运输、吊装成本相对降低 对机组相关部件的强度和刚度要求降低，使用寿命延长 风力发电机组的整体性能和效率提高 定期检修、维护成本降低 在不提高轴承、根部紧固件、风机轮毂负荷的情况下可以 增加叶片的长度，在同一平台上能捕捉更多能量
中国复合材料集团有限公司
碳纤维在风电叶片中的应用优势
疲劳性能
循 环 应 变 幅 度
碳纤维预浸料 浸渍无碱玻璃纤维材料
在设计时，由于主要考 虑到疲劳和扰度，因此设 计者们通常无法充分利用 玻璃纤维的静应变范围。 碳结构静态时很稳定， 在20年寿命期间，其疲劳 损伤很小。
疲劳循环次数— N
中国复合材料集团有限公司
碳纤维在风电叶片中的应用优势
静态玻璃纤维
叶 根 弯 矩
静态碳纤维 疲劳玻璃纤维
疲劳碳纤维
叶片长度（m）
中国复合材料集团有限公司
风电叶片常用的碳纤维增强材料
目前，叶片常用的碳纤维：日本东丽：T620 /T700S 美国卓尔泰克：P35 玻璃纤维 性能 拉伸强度 拉伸模量 Gpa GPa Advantex 2.206 74 ＞ 3% 2.62 Hglass 3.060 86 ＞ 3% 2.52 东丽 T620S 4.4 235 1.87 1.77 东丽 T700S 4.9 230 2.13 1.8 碳纤维 ZOLTEK P35 50K 4.15 242 1.71 1.81 三菱丽阳 P330 60k 4.9 250 1.96 1.81
1.00E+07
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碳纤维在风电叶片中的应用优势
假设风应力发生的频率是20年
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碳纤维在风电叶片中的应用优势
等效破坏疲劳负载
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碳纤维在风电叶片中的应用优势
叶片用碳纤维与玻璃纤维相比
叶片用碳纤维复合材料与玻璃纤维 复合材料相比：
更高的强度 （1.5）
风机旋转半径与叶片质量的关系 -几乎呈立方关系
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碳纤维在风电叶片中的应用优势
碳纤维叶片 碳纤维叶片 叶 片 重 量
（千克）
玻纤叶片 玻纤叶片
/
随着叶片长度的增加，为了减轻叶片重
叶片长度 /（米） 叶片长度 /（米）
量，同时又提高刚度，碳纤维就成了解
提高叶片强度，减轻叶片重量
决这一设计难题的首选纤维材料。来自中国复合材料集团有限公司
碳纤维在风电叶片中的应用优势
重量轻：在满足刚度和强度要求的条件下，比玻纤叶片轻 20%以上 —低负荷—更轻的变桨轴承、偏航系统、风机轮毂、塔筒 —更易操作，运输及吊装 —减少组件大小、重量、成本 扰度更小，机翼部分更薄: — 机翼气动效率更高，提高风能利用率和年发电量 — 动力问题少 — 预弯少，垂悬部分小
1998-2012全球累计装机容量
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全球风电产业发展现状
(GW)
2012全球新增装机容量44.7GW
我国新增装机容量13.2GW，占 全球新增总装机的30%，居第一
1998-2012全球新增装机容量
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全球风电产业发展现状
单位：MW
2012年各国新增装 机容量
材料质量(Kg) 主梁碳纤维预浸料 主梁干玻纤+浸渍树脂 所有其他玻纤+树脂 巴尔沙木 PVC泡沫 粘合剂 总计 叶片成本 主要材料成本($) 23.5/kg 碳纤维预浸料 3/kg 干玻纤 7/kg 环氧树脂 15/kg 巴尔沙木 12/kg PVC泡沫 13.5/kg 粘合剂 总计
减重27% 成本增加14%
-27%
$ $ $ $ $ $ $ 28,332 24,460 13,125 2,820 3,861 72,599 $ $ $ $ $ $ $ 33,077 28,556 11,250 2,820 3,861 79,564 $ $ $ $ $ $ $ 30,503 16,896 14,587 13,890 2,820 3,861 82,557 中国复合材料集团有限公司
中国风电产业发展现状
海上风电目标和建设重点
风力发电厂正从内陆及大陆沿海地区逐步转向海上；
2020年前，中国将在江苏南通、盐城、上海、山东鲁北
浙江杭州等海湾建设几个百万千瓦级海上风电基地；
到2015年底，我国海上风电累计装机有望达 5GW，
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碳纤维在风电领域的应用进展
全球风电产业发展现状 碳纤维在叶片中的应用优势 碳纤维在叶片中应用的技术发展 中国复材——风电叶片
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风电叶片常用的碳纤维增强材料
通过 GL 认证
T620S是日本东丽专门为风电叶片开发出的碳纤维。
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碳纤维在风电叶片中的应用优势
CFRP—T620疲劳实验结果
2500 600 2000
UD Fabric T620S Saertex T620S Saertex CF”A” 应力范围 Δσ