摘要：風能，是一種可再生能源，即不會隨其自身轉(zhuǎn)化或人類開發(fā)和利用而遞減并可持續(xù)供給的清潔能源。本文介紹了玻璃纖維增強塑料在風力發(fā)電中的應用及發(fā)展前景。

關鍵詞：玻璃纖維增強塑料、風力發(fā)電、應用。

風能，作為一種無排放的能源用來發(fā)電，始終受到世界各國的重視。目前，各國正加快對風力發(fā)電研究的步伐，不斷推出新的技術裝備。風力發(fā)電機組，是指由葉片（風輪）、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機、儲能設備、塔架及電器系統(tǒng)等組成的發(fā)電裝置。眾所周知，要獲得較大的風力發(fā)電功率，其關鍵在于要具有能輕快旋轉(zhuǎn)的葉片。

1.玻璃纖維增強塑料在風力發(fā)電中的應用

葉片（風輪）的材質(zhì)強度是風力發(fā)電機組性能優(yōu)劣的關鍵。目前的葉片所用材質(zhì)已由木質(zhì)、帆布等發(fā)展為玻璃纖維增強塑料復合材料（玻璃鋼）、金屬（鋁合金）等，其中玻璃鋼新型復合材料葉片的重量輕，比強度高。玻璃鋼的比重為1.5—2.0之間，只有鋼材的1/4—1/5。比強度（強度與密度的比值）很高，比合金鋼高1.7倍，比鋁高1.5倍，比鈦鋼高1倍，比航空用松木高1.3倍。因此，玻璃鋼葉片抗疲勞強度高，壽命也較長，在風力發(fā)電中的應用效果顯著。例如，美國研制的擠壓成型玻璃鋼風力發(fā)電機組葉片成功地安裝在55kW、200kW的大型風力發(fā)電機組上，常年運轉(zhuǎn)正常。

日本三菱重工公司研制成功MWT—250型風力發(fā)電設備，其旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)采用能任意整定翼角的可變翼角系統(tǒng)，并由玻璃纖維增強工程塑料（玻璃鋼）制成3枚葉片，能經(jīng)受住常年運行考驗，維持發(fā)電系統(tǒng)可靠性。該風車也能跟蹤風向，達到額定輸出功率。風車控制盤與微機相連接，實現(xiàn)了風車平穩(wěn)起動、停止及各種控制的自動化。遇超速、油壓降低、異常振動、發(fā)電機過載等異常情況時，風車安全裝置能保證其安全迅速地停止運行。風車單機額定功率250kW，玻璃鋼葉片直徑25m，轉(zhuǎn)速48r/min，額定風速為13.2m/s。

日本機械技術研究所利用杠桿原理開發(fā)的抗強風柔性結(jié)構(gòu)風力發(fā)電系統(tǒng)引人注目。其葉片半徑7.5m，采用玻璃纖維增強工程塑料制造，塔高15m、重3.2t。發(fā)電機組采用活絡式轉(zhuǎn)子，允許槳葉、輪轂搖動，能緩和空氣動力負荷反復變動的沖擊，以及高速氣流引起葉片、輪轂部位的振動；玻璃鋼葉片及輪轂具有優(yōu)異的抗疲勞強度和韌性，工作壽命長。另外，由于采用了軸與葉片柔性連接的新結(jié)構(gòu)，使強風時加到葉片上的力可減少50；又由于隨著風力增強，該葉片的角度會自動變化，使風在葉片后方自行消減。借助這種結(jié)構(gòu)，即使風速變化，風車也得到有效控制，維持80r/min的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，風速為8m/s～25m/s時可穩(wěn)定輸出15kW電力，可滿足周圍10戶家庭的用電。發(fā)電系統(tǒng)的輸出和轉(zhuǎn)速的控制是通過在槳葉、輪轂部分安裝調(diào)速機構(gòu)進行節(jié)距控制來實現(xiàn)的。

柔性的適應風速變動的思想，貫穿于風輪機葉片、輪轂及其整個發(fā)電裝置的設計中，從而發(fā)電機可以變速運行，即異步電動機在37.5～187.5的額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運行，產(chǎn)生的電力，通過DC連接方式的電力轉(zhuǎn)速裝置，以50Hz額定頻率并入電網(wǎng)。

日本荏原制作所推出的風力發(fā)電揚排水系統(tǒng)已投入運轉(zhuǎn)，該系統(tǒng)由風力發(fā)電機，揚水泵、整流器等構(gòu)成，風力發(fā)電機功率為72W～10kW，系統(tǒng)還可以與太陽能發(fā)電等組合使用，以利用再生能源。發(fā)電系統(tǒng)的另一特色是可靠性好，葉片材質(zhì)采用玻璃纖維增強塑料復合材料；其互換性與通風性好，強度高，只需每年維修1次，軸承每10年更換1次。適合于農(nóng)村排、灌水使用。

日本三菱重工制造的水平軸螺旋槳式可變?nèi)~片型風車頗具特色。它安裝了測定風速的新型傳感器件，塔高30m；安裝長為14m的3塊玻璃纖維增強工程塑料制葉片，在平均風速5.5m/s以上即可起動，當測出瞬間風速24m/s以上時立即停止運轉(zhuǎn)，籍此以保護發(fā)電機組，當平均風速12.4m/s時發(fā)電功率可達250kW。

日本以新能源和產(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)機構(gòu)為中心，正在開發(fā)高效利用風力的大型風力發(fā)電技術。在青森縣龍飛岬的275kW風力發(fā)電裝置采用了玻璃纖維增強塑料作為葉片，每片葉片全長12m，重量達1t。葉片在風速為6m/s時開始旋轉(zhuǎn)，風速為13m/s時即達到額定功率270kW。然而，為了保護風力發(fā)電裝置，當風速超過13m/s時即開始減速，當風速高達24m/s時，則葉片即自動停止旋轉(zhuǎn)。

最近美國、德國、澳大利亞及歐共體國家研制的風力發(fā)電機組具有高效、靈巧、可靠性高等特色，采用了高科技的玻璃纖維增強工程塑料復合材料制造葉片，安裝有變速裝置及先進的電子控制裝置。大型風輪機的葉片長度超過10m。投入運轉(zhuǎn)的風力發(fā)電機單機功率已發(fā)展到500kW，有的已達到500～750kW，風輪直徑達50m。而每臺發(fā)電機組體積只相當于普通火力發(fā)電站的千分之一。

2.發(fā)展前景

國際能源機構(gòu)預測，到2020年可再生能源將在全球能源消費中的比例達到30。面對即將到來的可再生能源時代，各國加強了對可再生能源的利用。丹麥的風力發(fā)電已達到總電力的18，而德國2002年風力發(fā)電已經(jīng)占世界風力發(fā)電量的三分之一。法國計劃在2025年風力發(fā)電達到發(fā)電總量的25。

我國風能資源開發(fā)潛力巨大，可開發(fā)總?cè)萘窟_到10億KW，這樣大的儲量讓國外不少專家也發(fā)出羨慕的驚嘆。據(jù)新華社報道，目前中國已建成的風力發(fā)電能力為345MW。如內(nèi)蒙古研制出50W～10KW系列風力發(fā)電設備，從1989年到1999年的10年中，僅內(nèi)蒙古就實施了12個風力發(fā)電項目，裝機總?cè)萘窟_45375KW。我國預計到2020年風力發(fā)電裝機總?cè)萘窟_到2000萬KW。

風力發(fā)電的設備投資往往占到項目總投資的70～80，而在風力發(fā)電設備中，最核心的部分是葉片。保定中航惠騰風電設備有限公司是我國唯一擁有自主知識產(chǎn)權、自行開發(fā)生產(chǎn)風力發(fā)電葉片的企業(yè)，是推動我國風電設備國產(chǎn)化的核心企業(yè)。2005年訂單超過2億元，2006年的定貨合同已達3億元。

我國政府近期頒布的《可再生能源法》、《國務院做好建設節(jié)約型社會重點工作的通知》與《京都議定書》等給新能源產(chǎn)業(yè)提供了強大支持。

從目前各國風力發(fā)電的發(fā)展趨勢來看，到2010年，全世界風力發(fā)電的總裝機容量可望達到3600萬kW，風力發(fā)電市場前景誘人，玻璃鋼在風力發(fā)電中的應用市場發(fā)展前景廣闊。

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