碳纖維及復(fù)合材料在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用進(jìn)展

1、中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 碳纖維及復(fù)合材料在風(fēng)電碳纖維及復(fù)合材料在風(fēng)電葉片葉片 領(lǐng)域領(lǐng)域的應(yīng)用的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)展 陳陳 虹虹 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 20132013年年0707月月2525日日 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 碳纖維碳纖維在葉片中應(yīng)用的技術(shù)在葉片中應(yīng)用的技術(shù)發(fā)展發(fā)展 全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 中國(guó)復(fù)材中國(guó)復(fù)材風(fēng)電葉片風(fēng)電葉片 碳纖維在風(fēng)電領(lǐng)域碳纖維在風(fēng)電領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展的應(yīng)用進(jìn)展 碳纖維在葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)碳纖維在葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 2012全球全球累計(jì)

2、累計(jì)裝機(jī)風(fēng)電容量裝機(jī)風(fēng)電容量 282GW，占全球發(fā)電總裝機(jī)，占全球發(fā)電總裝機(jī)5%； 我國(guó)累計(jì)風(fēng)電我國(guó)累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量裝機(jī)容量75GW， 占全球占全球26.8%，居第一，居第一 全球全球 320GW 中國(guó)中國(guó) 93GW 預(yù)計(jì)預(yù)計(jì)2013年年 全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 1998-20121998-2012全球全球累計(jì)裝機(jī)容量累計(jì)裝機(jī)容量 (GW) 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 2012全球全球新增裝機(jī)容量新增裝機(jī)容量44.7GW 我國(guó)我國(guó)新增裝機(jī)容量新增裝機(jī)容量13.2GW，占，占 全球新增總裝機(jī)的全球新增總裝機(jī)的30%

3、，居第一，居第一 (GW) 1998-20121998-2012全球新增裝機(jī)容量全球新增裝機(jī)容量 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 2012年各國(guó)新增裝年各國(guó)新增裝 機(jī)容量機(jī)容量 單位：?jiǎn)挝唬篗W 2012年，我國(guó)新增裝機(jī)容量為年，我國(guó)新增裝機(jī)容量為13200MW； 截至截至2012年底，我國(guó)累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到了年底，我國(guó)累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到了75564MW。 全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 2012年年全球累計(jì)海上風(fēng)電全球累計(jì)海上風(fēng)電裝機(jī)容量裝機(jī)容量 5410 MW （同比增長(zhǎng)（同比增長(zhǎng)31.4%） 全球新增海上風(fēng)電全球新

4、增海上風(fēng)電裝機(jī)容量裝機(jī)容量 1292 MW 中國(guó)中國(guó)海上海上風(fēng)風(fēng)電完成電完成吊裝吊裝容量容量 395 MW 海上風(fēng)電海上風(fēng)電 10MW和和12MW海上風(fēng)力機(jī)組的海上風(fēng)力機(jī)組的已啟動(dòng)研發(fā)已啟動(dòng)研發(fā) 風(fēng)輪直徑風(fēng)輪直徑約約200m 全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 主機(jī)商：主機(jī)商： 金風(fēng)金風(fēng)（3MW、6MW）、華銳、華銳（3MW、5MW、6MW） 聯(lián)合動(dòng)力聯(lián)合動(dòng)力（3MW、6MW）、明陽(yáng)、明陽(yáng)（3MW、6MW） 東汽東汽（3MW、5.5MW）、）、湘電湘電（5MW）、）、 上海電氣上海電氣（3.6MW、6MW） 葉片生產(chǎn)商：曾多達(dá)經(jīng)葉片生產(chǎn)商

5、：曾多達(dá)經(jīng)近百家，近百家，經(jīng)過(guò)近幾年的激烈競(jìng)爭(zhēng)，經(jīng)過(guò)近幾年的激烈競(jìng)爭(zhēng)，目目 前能夠批量前能夠批量供貨供貨的制造商的制造商不足不足10 家。家。 中國(guó)中國(guó)復(fù)材、中材科技、中航惠騰、復(fù)材、中材科技、中航惠騰、LM; 東汽、國(guó)電、東汽、國(guó)電、明陽(yáng)、上海玻鋼院、明陽(yáng)、上海玻鋼院、VESTAS、GAMESA 中國(guó)中國(guó)風(fēng)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 風(fēng)風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)電發(fā)展目標(biāo) 根據(jù)根據(jù)可再生能源發(fā)展可再生能源發(fā)展“十二五十二五”規(guī)劃規(guī)劃 n 到到2015年，風(fēng)電并網(wǎng)容量大約為年，風(fēng)電并網(wǎng)容量大約為120GW，需要每年，需要每年 新增裝機(jī)新增裝機(jī)15GW以上

6、以上; n 2020年，我國(guó)年，我國(guó)風(fēng)電風(fēng)電并網(wǎng)目標(biāo)要達(dá)到并網(wǎng)目標(biāo)要達(dá)到200GW; n 全球風(fēng)能理事會(huì)預(yù)測(cè)全球風(fēng)能理事會(huì)預(yù)測(cè)2020年中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到年中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到 250GW。 中國(guó)風(fēng)中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 海上風(fēng)電目標(biāo)和建設(shè)重點(diǎn)海上風(fēng)電目標(biāo)和建設(shè)重點(diǎn) 風(fēng)力發(fā)電廠正從內(nèi)陸及大陸沿海地區(qū)逐步轉(zhuǎn)向風(fēng)力發(fā)電廠正從內(nèi)陸及大陸沿海地區(qū)逐步轉(zhuǎn)向海上；海上； 2020年前年前，中國(guó)將在江蘇南通、鹽城、上海、山東魯，中國(guó)將在江蘇南通、鹽城、上海、山東魯北北 浙江浙江杭州等杭州等海灣建設(shè)海灣建設(shè)幾個(gè)百萬(wàn)千瓦幾個(gè)百萬(wàn)千瓦級(jí)海上級(jí)海上風(fēng)電

7、風(fēng)電基地；基地； 到到2015年底，我國(guó)年底，我國(guó)海上風(fēng)電海上風(fēng)電累計(jì)累計(jì)裝機(jī)有望達(dá)裝機(jī)有望達(dá) 5GW， 中國(guó)風(fēng)中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 碳纖維碳纖維在葉片中應(yīng)用的技術(shù)在葉片中應(yīng)用的技術(shù)發(fā)展發(fā)展 全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 中國(guó)復(fù)材中國(guó)復(fù)材風(fēng)電葉片風(fēng)電葉片 碳纖維在風(fēng)電領(lǐng)域碳纖維在風(fēng)電領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展的應(yīng)用進(jìn)展 碳纖維在葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)碳纖維在葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 葉片葉片 塔架塔架 輪轂輪轂 齒輪箱齒輪箱 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 風(fēng)機(jī)主要零部件：風(fēng)機(jī)主要零部件： 葉片、齒輪箱葉片、齒輪

8、箱 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 良好的設(shè)計(jì)和優(yōu)越的性能良好的設(shè)計(jì)和優(yōu)越的性能 是保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行是保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行 的決定因素的決定因素 碳纖維在風(fēng)電葉片中的碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 風(fēng)輪風(fēng)輪直徑直徑 陸上風(fēng)機(jī)陸上風(fēng)機(jī) 海上風(fēng)機(jī)海上風(fēng)機(jī) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)成長(zhǎng)與發(fā)展之路風(fēng)力發(fā)電機(jī)成長(zhǎng)與發(fā)展之路 5MW 3.6MW 10MW 2.5MW 1.5MW 750KW 500KW 300KW 100KW 50KW （米）（米） 碳纖維在風(fēng)電葉片中的碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 Enercon的的6M

9、W, 7MW風(fēng)電機(jī)組已成功運(yùn)行風(fēng)電機(jī)組已成功運(yùn)行；GE的的7MW 和和Vestas的的10MW機(jī)組機(jī)組正在正在研制中研制中；中復(fù)連眾的；中復(fù)連眾的6MW風(fēng)電風(fēng)電葉葉 片已成功吊裝。片已成功吊裝。 大型化是風(fēng)機(jī)及葉片發(fā)展的必然趨勢(shì)大型化是風(fēng)機(jī)及葉片發(fā)展的必然趨勢(shì) 輕質(zhì)輕質(zhì)/高強(qiáng)高強(qiáng)/ 剛性好剛性好 風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)半徑與葉片質(zhì)量的風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)半徑與葉片質(zhì)量的關(guān)系關(guān)系 - -幾乎呈立方關(guān)系幾乎呈立方關(guān)系 葉片長(zhǎng)度的增加，葉片長(zhǎng)度的增加， 單純的玻纖材料很難滿足單純的玻纖材料很難滿足 葉片的設(shè)計(jì)要求。葉片的設(shè)計(jì)要求。 碳纖維在風(fēng)電葉片中的碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料

10、集團(tuán)有限公司 提高葉片強(qiáng)度，減輕葉片重量提高葉片強(qiáng)度，減輕葉片重量 碳纖維葉片碳纖維葉片 玻纖葉片玻纖葉片 葉片長(zhǎng)度葉片長(zhǎng)度/（米）（米） 碳纖維在風(fēng)電葉片中的碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 隨著葉片長(zhǎng)度的增加，為了減輕葉片重隨著葉片長(zhǎng)度的增加，為了減輕葉片重 量，同時(shí)又提高剛度，碳纖維就成了解量，同時(shí)又提高剛度，碳纖維就成了解 決這一設(shè)計(jì)難題的首選纖維材料。決這一設(shè)計(jì)難題的首選纖維材料。 葉片重量葉片重量 / （千克）（千克） 碳纖維碳纖維葉片葉片 玻纖葉片玻纖葉片 葉片長(zhǎng)度葉片長(zhǎng)度/（米）（米） 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 重量重量輕輕：在滿足剛度和強(qiáng)度要求的條

11、件下，在滿足剛度和強(qiáng)度要求的條件下，比玻纖葉片比玻纖葉片輕輕 20%以上以上 低負(fù)荷低負(fù)荷更輕的變槳軸承、更輕的變槳軸承、偏航系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)輪轂、塔筒偏航系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)輪轂、塔筒 更易更易操作，運(yùn)輸及吊裝操作，運(yùn)輸及吊裝 減少組件大小、重量、成本減少組件大小、重量、成本 擾度更小，機(jī)翼部分更薄擾度更小，機(jī)翼部分更薄: 機(jī)翼機(jī)翼氣動(dòng)氣動(dòng)效率效率更高更高，提高風(fēng)能提高風(fēng)能利用率和利用率和年發(fā)電量年發(fā)電量 動(dòng)力問(wèn)題少動(dòng)力問(wèn)題少 預(yù)彎少，垂懸部分預(yù)彎少，垂懸部分小小 碳纖維在風(fēng)電葉片中的碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 成本成本：綜合風(fēng)力發(fā)電成本降低綜合風(fēng)

12、力發(fā)電成本降低 運(yùn)輸、吊裝成本運(yùn)輸、吊裝成本相對(duì)相對(duì)降低降低 對(duì)對(duì)機(jī)組相關(guān)部件的強(qiáng)度和剛度要求機(jī)組相關(guān)部件的強(qiáng)度和剛度要求降低，使用壽命延長(zhǎng)降低，使用壽命延長(zhǎng) 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的整體機(jī)組的整體性能和效率提高性能和效率提高 定期檢修定期檢修、維護(hù)成本、維護(hù)成本降低降低 在不提高軸承、根部緊固件、在不提高軸承、根部緊固件、風(fēng)機(jī)輪轂風(fēng)機(jī)輪轂負(fù)荷的情況下可以負(fù)荷的情況下可以 增加葉片的長(zhǎng)度，在同一平臺(tái)上能捕捉更多能量增加葉片的長(zhǎng)度，在同一平臺(tái)上能捕捉更多能量 碳纖維在風(fēng)電葉片中的碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 在設(shè)計(jì)時(shí)，由于主要考在設(shè)計(jì)時(shí)，由

13、于主要考 慮到疲勞和擾度，因此設(shè)慮到疲勞和擾度，因此設(shè) 計(jì)者們通常無(wú)法充分利用計(jì)者們通常無(wú)法充分利用 玻璃纖維的靜應(yīng)變范圍。玻璃纖維的靜應(yīng)變范圍。 碳結(jié)構(gòu)靜態(tài)時(shí)很穩(wěn)定，碳結(jié)構(gòu)靜態(tài)時(shí)很穩(wěn)定， 在在20年壽命期間，其疲勞年壽命期間，其疲勞 損傷很小。損傷很小。 碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 碳纖維預(yù)浸料 浸漬無(wú)堿玻璃纖維材料 循環(huán)應(yīng)變幅度循環(huán)應(yīng)變幅度 疲勞循環(huán)次數(shù)疲勞循環(huán)次數(shù) N 疲勞性能疲勞性能 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 葉片長(zhǎng)度（葉片長(zhǎng)度（m） 葉葉 根根 彎彎 矩矩 靜態(tài)玻璃纖維靜態(tài)玻璃纖維 靜態(tài)碳纖維靜態(tài)碳纖維 疲勞玻璃纖維疲勞玻璃纖維

14、疲勞碳纖維疲勞碳纖維 碳纖維在風(fēng)電葉片中的碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 19 玻璃纖維玻璃纖維碳纖維碳纖維 性能性能AdvantexH- glass 東麗東麗 T620S 東麗東麗 T700S ZOLTEK P35 50K 三菱麗陽(yáng)三菱麗陽(yáng) P330 60k 拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度 Gpa2.2063.0604.44.94.154.9 拉伸模量拉伸模量 GPa7486235230242250 斷裂伸長(zhǎng)率斷裂伸長(zhǎng)率 % 3% 3%1.872.131.711.96 密度密度 g/cm3 2.622.521.771.81.811.81 風(fēng)電葉片常用

15、風(fēng)電葉片常用的碳纖維增強(qiáng)材料的碳纖維增強(qiáng)材料 目前目前，葉片常用，葉片常用的的碳纖維：日本碳纖維：日本東麗：東麗：T620 /T700S 美國(guó)美國(guó)卓爾泰克：卓爾泰克：P35 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 直徑：7.2 微米 強(qiáng)度：4150Mpa 模量： 242Gpa 密度 ：1.81 g/cc 用做 “UD prepreg” 單向預(yù)浸帶 500-600 g/m2 編織布 725-875 g/m2 預(yù)浸后 預(yù)浸后供應(yīng)價(jià)為 $24/kg 干碳纖維用做單向帶或多軸無(wú)紡織物時(shí)可以浸潤(rùn)樹脂 卓爾泰克卓爾泰克Panex 35 50k 風(fēng)電葉片常用風(fēng)電葉片常用的碳纖維增強(qiáng)材料的碳纖維增強(qiáng)

16、材料 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 通過(guò)通過(guò) GL 認(rèn)證認(rèn)證 T620S是日本東麗專門為風(fēng)電葉片開發(fā)出的碳纖維。是日本東麗專門為風(fēng)電葉片開發(fā)出的碳纖維。 風(fēng)電葉片常用風(fēng)電葉片常用的碳纖維增強(qiáng)材料的碳纖維增強(qiáng)材料 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 CFRPT620疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果 碳纖維在風(fēng)電葉片中的碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 1.E+02 1.E+03 1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07 1.E+08 # of Cycles N 600 500 400 300 200 100 0 Maximum Sress S MPa

17、2500 2000 1500 1000 500 0 應(yīng)力范圍 UD Fabric T620S Saertex T620S Saertex CF”A” 環(huán)境：大氣中 溫度：R.T. 材質(zhì)：CFRP 載荷：控制 波形：sin波 周波數(shù)：5Hz 應(yīng)力比：R=-1 1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07E-glass/epoxy (Vf=53%) Lay-up and % 0-material: 45/0S, 64%-0 Laminate fabricated by: MSU 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公

18、司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 假設(shè)風(fēng)應(yīng)力發(fā)生的頻率是假設(shè)風(fēng)應(yīng)力發(fā)生的頻率是20年年 碳纖維在風(fēng)電葉片中的碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 等效破壞疲勞負(fù)載等效破壞疲勞負(fù)載 碳纖維在風(fēng)電葉片中的碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 25 葉片用碳纖維與玻璃纖維葉片用碳纖維與玻璃纖維相比相比 更小的靜應(yīng)變（0.5） 更小的比重（0.6） 更高的模量（3） 更高的強(qiáng)度（1.5） 碳纖維 玻璃纖維 葉片用碳纖維復(fù)合材料與玻璃纖維葉片用碳纖維復(fù)合材料與玻璃纖維 復(fù)合材料相比：復(fù)合材料相比： 更高的比模量

19、(4) 更高的比強(qiáng)度(2.7) 更小的比重(0.8) 更高的模量(3) 更高的強(qiáng)度(2) 碳纖維復(fù)合材料 玻璃纖維復(fù)合材料 碳纖維在風(fēng)電葉片中的碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 輪轂重量輪轂重量 3葉片重量葉片重量 注：注： 碳纖維預(yù)浸料減少葉片整體重量碳纖維預(yù)浸料減少葉片整體重量25-35% 從而降低了輪轂的重量從而降低了輪轂的重量 重量（kg） 風(fēng)電機(jī)組組件重量比較 碳纖維在風(fēng)電葉片中的碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 輪轂重量/葉片重量 來(lái)源于美國(guó)國(guó)家能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NRE

20、L) WindPACT 報(bào)告 輪轂質(zhì)量（kg）= 0.954 x （葉片質(zhì)量）+ 5680 輪轂成本 = 輪轂質(zhì)量 x $4.25/kg 輪轂質(zhì)量 kg 葉片質(zhì)量，kg 碳纖維在風(fēng)電葉片中的碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 當(dāng)主梁使用當(dāng)主梁使用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料時(shí)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料時(shí)，與，與玻璃鋼葉片比較，葉片重量玻璃鋼葉片比較，葉片重量 減輕減輕12%，且具有更，且具有更高剛性，更高耐疲勞高剛性，更高耐疲勞性。性。 更更低運(yùn)輸安裝成本以及維修成本，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)使用壽命帶來(lái)的成本的低運(yùn)輸安裝成本以及維修成本，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)使用壽命帶來(lái)的成本的 降低等

21、優(yōu)勢(shì)降低等優(yōu)勢(shì)。 只在大梁處用碳纖維復(fù)合材料只在大梁處用碳纖維復(fù)合材料 替換玻璃纖維復(fù)合材料替換玻璃纖維復(fù)合材料 大梁大梁: GFRP 大梁大梁: CFRP 根據(jù)東麗風(fēng)能研究所資料根據(jù)東麗風(fēng)能研究所資料(1.5MW) 玻纖和碳纖在風(fēng)電葉片上使用的比較 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 葉片葉片WEI57-3000G WEI57-3000G2 低擾度 WEI57-3000C 長(zhǎng)度長(zhǎng)度(m)575757 風(fēng)輪直徑風(fēng)輪直徑(m)116116116 額定功率額定功率(MW)3.03.03.0 外殼材料外殼材料 環(huán)氧樹脂浸漬無(wú) 堿玻璃纖維 環(huán)氧樹脂浸漬無(wú) 堿玻璃纖維 環(huán)氧樹脂浸漬 無(wú)堿玻

22、璃纖維 主梁材料主梁材料浸漬玻璃纖維浸漬玻璃纖維碳纖維預(yù)浸料碳纖維預(yù)浸料 主梁設(shè)計(jì)主梁設(shè)計(jì)盒式梁(2腹板)盒式梁（2腹板）工字梁（1腹板） 材料質(zhì)量材料質(zhì)量(Kg) 主梁碳纖維預(yù)浸料001,298 主梁干玻纖+浸漬樹脂4,7257,2010 所有其他玻纖+樹脂8,2137,9047,716 巴爾沙木875750926 PVC泡沫235235235 粘合劑286286286 總計(jì)總計(jì)14,33416,37610,461 葉片成本葉片成本 主要材料成本主要材料成本($) 碳纖維預(yù)浸料23.5/kg$-$-$30,503 干玻纖3/kg$28,332$33,077$16,896 環(huán)氧樹脂7/kg$2

23、4,460$28,556$14,587 巴爾沙木15/kg$13,125$11,250$13,890 PVC泡沫12/kg$2,820$2,820$2,820 粘合劑13.5/kg$3,861$3,861$3,861 總計(jì)總計(jì)$72,599$79,564$82,557 -27% +14% 減重減重27% 成本增加成本增加14% 僅針對(duì)材料成本僅針對(duì)材料成本 玻纖和碳纖在風(fēng)電葉片上使用的比較 （ 57m 葉片 ） 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 僅針對(duì)材料成本僅針對(duì)材料成本 * 包括碳纖維包括碳纖維/玻璃玻璃 纖維混合材料蒙皮纖維混合材料蒙皮 中的中的1085kg 碳纖維碳纖維

24、 葉片葉片WEI74-7000GWEI74-7000CWEI74-7000C2 長(zhǎng)度長(zhǎng)度(m)747474 風(fēng)輪直徑風(fēng)輪直徑(m)153153153 額定功率額定功率(MW)777 外殼材料外殼材料 環(huán)氧樹脂浸漬 無(wú)堿玻璃纖維 環(huán)氧樹脂浸漬 無(wú)堿玻璃纖維 環(huán)氧樹脂浸漬環(huán)氧樹脂浸漬 碳纖維碳纖維/玻璃纖玻璃纖 維維 主梁材料主梁材料浸漬玻璃纖維碳纖維預(yù)浸料碳纖維預(yù)浸料碳纖維預(yù)浸料碳纖維預(yù)浸料 主梁設(shè)計(jì)主梁設(shè)計(jì)盒式梁（2腹板）工字梁（1腹板）工字梁(1腹板) 材料質(zhì)量材料質(zhì)量(Kg) 主梁碳纖維預(yù)浸料03,5983,598 主梁干玻纖+浸漬樹脂14,28100 所有其他玻纖+樹脂23,41323,

25、83118,322* 巴爾沙木2,1252,3441,377 PVC泡沫9201,0401,040 粘合劑620480480 總計(jì)總計(jì)41,36031,29325,201 葉片成本葉片成本 主要材料成本主要材料成本($) 碳纖維預(yù)浸料23.5/kg$-$75,558$83,622 干玻纖3/kg$82,517$51,254$59,165* 環(huán)氧樹脂7/kg$80,490$52,920$39,819 芯材15/kg$23,800$26,250$15,422 粘合劑12/kg$11,590$13,618$13,618 根部緊固件13.5/$10,415$8,064$8,064 總計(jì)總計(jì)$208,8

26、12$227,664$219,710 -24% -39% +9% +5% 玻纖和碳纖在風(fēng)電葉片上使用的比較 （ 74m 葉片 ） 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 葉片葉片WEI90-10K-G1WEI90-10K-CWEI90-10K-C2 長(zhǎng)度長(zhǎng)度(m)909090 風(fēng)輪直徑風(fēng)輪直徑(m)185185185 額定功率額定功率(MW)10.010.010.0 外殼材料外殼材料 環(huán)氧樹脂浸漬 無(wú)堿玻璃纖維 環(huán)氧樹脂浸漬 無(wú)堿玻璃纖維 環(huán)氧樹脂浸漬碳環(huán)氧樹脂浸漬碳 纖維纖維/玻璃纖維玻璃纖維 主梁材料主梁材料浸漬玻璃纖維碳纖維預(yù)浸料碳纖維預(yù)浸料碳纖維預(yù)浸料碳纖維預(yù)浸料 主梁設(shè)計(jì)主

27、梁設(shè)計(jì)盒式梁(2腹板)工字梁（1腹板）工字梁（1腹板） 材料質(zhì)量材料質(zhì)量(Kg) 主梁碳纖維預(yù)浸料04,5003,850 主梁干玻纖+浸漬樹脂21,15000 外殼干碳纖維+浸漬樹脂003,700 所有其他玻纖+樹脂27,39926,74712,750 巴爾沙木2,6002,7001,950 PVC泡沫815815750 粘合劑991991991 總計(jì)總計(jì)52,95535,75323,991 葉片葉片成本成本 主要材料成本主要材料成本($) 碳纖維預(yù)浸料23.5/kg$-$105,740$90,475 干碳纖維23.5/kg$0$0$56,830 干玻纖3/kg$106,313$58,571$

28、27,920 環(huán)氧樹脂7/kg$91,783$50,566$33,076 巴爾沙木15/kg$38,999$40,500$29,250 PVC泡沫12/kg$9,776$9,776$9,000 粘合劑13.5/kg$13,384$13,384$13,384 總計(jì)總計(jì)$260,254$278,536$259,935 僅針對(duì)材料成本僅針對(duì)材料成本 -32% -55% +7% 0% 碳纖維葉片質(zhì)量 較輕，成本與玻 璃纖維葉片相近 玻璃纖維：53 mt 碳纖維 ：36mt 碳纖維2*：24mt *C/G 蒙皮 玻纖和碳纖在風(fēng)電葉片上使用的比較 （ 90m 葉片 ） 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料

29、集團(tuán)有限公司 中國(guó)復(fù)材中國(guó)復(fù)材 6MW：65m純玻纖葉片純玻纖葉片28噸，噸， 碳纖維葉片碳纖維葉片20噸，噸， 減重減重30% 碳纖維碳纖維葉片葉片 LM 5MW 61.5m： 17.74噸噸 Gamesa 2MW 44m： 5.8噸噸 連眾連眾 39.2m：5.8噸噸 Vestas 3MW 44m： 6噸噸 玻璃鋼葉片玻璃鋼葉片 Enercon 4.5MW 54m： 20噸噸 Gamesa 2MW 39m： 7.3噸噸 連眾連眾 37.5m：5.8噸噸 Vestas 2MW 39m： 6噸噸 重重 量量 比比 較較 碳纖維在風(fēng)電葉片中的碳纖維在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)

30、有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 碳纖維在葉片中應(yīng)用的技術(shù)發(fā)展 全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 中國(guó)復(fù)材中國(guó)復(fù)材風(fēng)電葉片風(fēng)電葉片 碳纖維在風(fēng)電領(lǐng)域碳纖維在風(fēng)電領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展的應(yīng)用進(jìn)展 碳纖維在葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)碳纖維在葉片中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 葉片根部葉片根部 增加葉片的增加葉片的 抗彎矩抗彎矩 承力主梁承力主梁 提高葉片的提高葉片的 強(qiáng)度和剛度強(qiáng)度和剛度 蒙皮或外殼部蒙皮或外殼部 分增強(qiáng)葉片的分增強(qiáng)葉片的 表面強(qiáng)度和耐表面強(qiáng)度和耐 腐蝕性能腐蝕性能 原料：原料：?jiǎn)蜗蛱祭w維預(yù)浸料和碳纖維單向碳纖維預(yù)浸料和碳纖維 多軸向織物多軸向織物。 工藝：工

31、藝：真空輔助真空輔助成型工藝成型工藝(VARTM) 或樹脂膜滲透（或樹脂膜滲透（RFI）工藝。）工藝。 碳纖維在葉片中的主要應(yīng)用部位和作用碳纖維在葉片中的主要應(yīng)用部位和作用 碳纖維碳纖維在葉片中應(yīng)用的技術(shù)在葉片中應(yīng)用的技術(shù)發(fā)展發(fā)展 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 碳纖維碳纖維復(fù)合材料主梁復(fù)合材料主梁結(jié)構(gòu)形式：結(jié)構(gòu)形式： CF 基體材料基體材料GF 基體材料基體材料 CFRP層層 GFRP層層 CFRP層層 GFRP層層 CFGF l全碳纖維全碳纖維復(fù)合材料主梁復(fù)合材料主梁 碳碳-玻璃混合纖維復(fù)合材料主梁截面示意圖玻璃混合纖維復(fù)合材料主梁截面示意圖 l碳碳-玻璃混合纖維復(fù)合材料

32、主梁玻璃混合纖維復(fù)合材料主梁 碳纖維碳纖維在葉片中應(yīng)用的技術(shù)在葉片中應(yīng)用的技術(shù)發(fā)展發(fā)展 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 迎風(fēng)面迎風(fēng)面 迎風(fēng)面主梁迎風(fēng)面主梁 （碳纖維復(fù)合材料（碳纖維復(fù)合材料） 背風(fēng)面背風(fēng)面背風(fēng)面主梁背風(fēng)面主梁 l非對(duì)稱全碳纖維復(fù)合材料梁非對(duì)稱全碳纖維復(fù)合材料梁 l碳纖維復(fù)合材料條帶加固主梁碳纖維復(fù)合材料條帶加固主梁 碳纖維復(fù)合碳纖維復(fù)合 材料條帶材料條帶 降低作用在內(nèi)支撐梁的受力和扭矩，降低作用在內(nèi)支撐梁的受力和扭矩，并且降低在并且降低在殼體外周圍附近的薄層上殼體外周圍附近的薄層上 的抵抗拉力和壓力的抗力，給葉片提供一個(gè)關(guān)于邊緣彎曲模式的改良的結(jié)構(gòu)的抵抗拉力和

33、壓力的抗力，給葉片提供一個(gè)關(guān)于邊緣彎曲模式的改良的結(jié)構(gòu) 效率效率。 碳纖維碳纖維在葉片中應(yīng)用的技術(shù)在葉片中應(yīng)用的技術(shù)發(fā)展發(fā)展 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 葉根安裝法蘭處碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)葉根安裝法蘭處碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng) 碳纖維沿葉片長(zhǎng)度方向取向碳纖維沿葉片長(zhǎng)度方向取向葉根處垂直于葉片長(zhǎng)度截面示意圖葉根處垂直于葉片長(zhǎng)度截面示意圖 碳纖維復(fù)合材料在葉根處的應(yīng)用設(shè)計(jì)碳纖維復(fù)合材料在葉根處的應(yīng)用設(shè)計(jì) CFRP層層 GFRP層層 碳纖維碳纖維在葉片中應(yīng)用的技術(shù)在葉片中應(yīng)用的技術(shù)發(fā)展發(fā)展 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 碳纖維復(fù)合材料葉根處增強(qiáng)：碳纖維復(fù)合材料葉根處

34、增強(qiáng)： u減小葉根壁的厚度減小葉根壁的厚度 u增加葉根法蘭處連接處的剛度，施加在螺栓的動(dòng)態(tài)載荷增加葉根法蘭處連接處的剛度，施加在螺栓的動(dòng)態(tài)載荷 減小，連接處的疲勞強(qiáng)度增加。減小，連接處的疲勞強(qiáng)度增加。 u提高了法蘭的斷裂強(qiáng)度和承載強(qiáng)度，使得螺母的尺寸減提高了法蘭的斷裂強(qiáng)度和承載強(qiáng)度，使得螺母的尺寸減 小，小，T型螺栓的間距縮短，可增加葉根法蘭處螺栓數(shù)量，型螺栓的間距縮短，可增加葉根法蘭處螺栓數(shù)量， 從而增加葉片和輪轂連接處的靜態(tài)和疲勞強(qiáng)度。從而增加葉片和輪轂連接處的靜態(tài)和疲勞強(qiáng)度。 碳纖維碳纖維在葉片中應(yīng)用的技術(shù)在葉片中應(yīng)用的技術(shù)發(fā)展發(fā)展 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 碳纖

35、維碳纖維應(yīng)用應(yīng)用 到葉到葉尖部位尖部位 碳纖維復(fù)合材料在靠近葉尖處的應(yīng)用設(shè)計(jì)碳纖維復(fù)合材料在靠近葉尖處的應(yīng)用設(shè)計(jì) 葉尖部分重量減小，減小了葉根部分在渦輪上的負(fù)載，葉尖葉尖部分重量減小，減小了葉根部分在渦輪上的負(fù)載，葉尖 部分剛度增加，可以減小葉片偏斜太厲害導(dǎo)致葉片的尖部打擊部分剛度增加，可以減小葉片偏斜太厲害導(dǎo)致葉片的尖部打擊 渦輪轂桿塔的危險(xiǎn)，并且比只由碳纖維復(fù)合材料構(gòu)成的葉片生渦輪轂桿塔的危險(xiǎn)，并且比只由碳纖維復(fù)合材料構(gòu)成的葉片生 產(chǎn)成本低。產(chǎn)成本低。 碳纖維碳纖維在葉片中應(yīng)用的技術(shù)在葉片中應(yīng)用的技術(shù)發(fā)展發(fā)展 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 碳纖維復(fù)合材料加固分段葉片，便

36、于大型葉片的運(yùn)輸，同碳纖維復(fù)合材料加固分段葉片，便于大型葉片的運(yùn)輸，同 時(shí)形成具有非常高的抗拉強(qiáng)度的連接接頭，確保風(fēng)輪機(jī)葉片和時(shí)形成具有非常高的抗拉強(qiáng)度的連接接頭，確保風(fēng)輪機(jī)葉片和 連接接頭即使在極端氣象條件仍能正常工作。連接接頭即使在極端氣象條件仍能正常工作。 分段葉片連接處分段葉片連接處 碳纖維復(fù)合材料條帶碳纖維復(fù)合材料條帶 碳纖維復(fù)合材料加固分段葉片碳纖維復(fù)合材料加固分段葉片 碳纖維碳纖維在葉片中應(yīng)用的技術(shù)在葉片中應(yīng)用的技術(shù)發(fā)展發(fā)展 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 CFRP不透明，不透明，難以用肉眼進(jìn)行難以用肉眼進(jìn)行內(nèi)部檢查，需借助內(nèi)部檢查，需借助無(wú)損檢無(wú)損檢 測(cè)技術(shù)測(cè)

37、技術(shù)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè) 無(wú)損檢測(cè)手段：超聲、聲發(fā)射、紅外等無(wú)損檢測(cè)手段：超聲、聲發(fā)射、紅外等 碳纖維葉片的無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用 超聲無(wú)損檢測(cè)碳纖維超聲無(wú)損檢測(cè)碳纖維主梁主梁 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 公司公司葉片長(zhǎng)度或風(fēng)機(jī)功率葉片長(zhǎng)度或風(fēng)機(jī)功率應(yīng)用部位應(yīng)用部位碳纖碳纖/ /玻纖混合及工藝玻纖混合及工藝 Vestas44 m/3.0MW主梁主梁全碳纖維全碳纖維 Gamesa 44m/2MW、 62.5m/4.5MW 主梁主梁預(yù)浸碳纖預(yù)浸碳纖/預(yù)浸玻纖交替預(yù)浸玻纖交替 NEG Micon40 m主梁主梁碳纖維增強(qiáng)碳纖維增強(qiáng) Nordex Rotor44、56m/5MW主梁主梁

38、全碳纖維全碳纖維 Repower轉(zhuǎn)輪直徑轉(zhuǎn)輪直徑126m主梁主梁碳纖和玻纖混合碳纖和玻纖混合 DeWindD8-2.0MW 40 m主梁主梁預(yù)浸碳纖梁帽預(yù)浸碳纖梁帽 嵌入蒙皮嵌入蒙皮 GE48.5 m主梁主梁全碳纖維全碳纖維 LM61.5m/5MW主梁主梁全碳纖維全碳纖維 AREVA阿?，m阿?，m56.5m/5MW 主梁主梁全碳纖維全碳纖維 南通東泰電工南通東泰電工2MW主梁主梁全碳纖維全碳纖維 中材葉片中材葉片56m/3MW主梁主梁全碳纖維全碳纖維 中國(guó)復(fù)材中國(guó)復(fù)材39.2m/2MW主梁主梁全碳纖維全碳纖維 碳纖維復(fù)合材料梁的應(yīng)用實(shí)例碳纖維復(fù)合材料梁的應(yīng)用實(shí)例 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合

39、材料集團(tuán)有限公司 解決方案解決方案 p 價(jià)格高：價(jià)格高： 性價(jià)比影響了它在風(fēng)力發(fā)電上的大范圍應(yīng)用；性價(jià)比影響了它在風(fēng)力發(fā)電上的大范圍應(yīng)用； p 技術(shù)問(wèn)題：技術(shù)問(wèn)題：直徑較小的碳纖維表面積較大，成型加工比較困難直徑較小的碳纖維表面積較大，成型加工比較困難; ; 大絲束碳纖維不易展開，使大絲束碳纖維不易展開，使強(qiáng)度及剛度等性能受強(qiáng)度及剛度等性能受影響影響 制約碳纖維在大型風(fēng)電葉片應(yīng)用的因素制約碳纖維在大型風(fēng)電葉片應(yīng)用的因素 研究大絲束碳纖維的研究大絲束碳纖維的應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用技術(shù) 研究研究真空灌注工藝用樹脂體系真空灌注工藝用樹脂體系 研究研究碳碳/ /玻混雜復(fù)合材料?；祀s復(fù)合材料 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 未來(lái)碳纖維在全球風(fēng)電葉片領(lǐng)域的估測(cè)用量（單位：噸） 未來(lái)碳纖維在風(fēng)電領(lǐng)域的用量估測(cè)未來(lái)碳纖維在風(fēng)電領(lǐng)域的用量估測(cè) 碳纖維在風(fēng)電行業(yè)中的應(yīng)用前景碳纖維在風(fēng)電行業(yè)中的應(yīng)用前景 目前碳纖維價(jià)格較前目前碳纖維價(jià)格較前 幾年有大幅度的降低，風(fēng)幾年有大幅度的降低，風(fēng) 電葉片對(duì)碳纖維的需求將電葉片對(duì)碳纖維的需求將 越來(lái)越多。越來(lái)越多。 Zoltek公司公司多年來(lái)多年來(lái)為為 風(fēng)電葉片領(lǐng)域供應(yīng)了約風(fēng)電葉片領(lǐng)域供應(yīng)了約2 萬(wàn)噸萬(wàn)噸大絲束碳纖維大絲束碳纖維。 中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司中國(guó)復(fù)合材料集團(tuán)有限公司 碳纖維碳纖維在葉