碳纤维复合材料与风力发电

碳纤维高强度、高模量、耐腐蚀、抗疲劳等性能，可以有效地提高叶片刚度，减轻叶片重量，增长叶片使用寿命，提高风能利用率。随着大丝束碳纤维的广泛应用，碳纤维价格的不断降低，碳纤维在大型叶片中的应用已成为一种趋势。

未来风力发电叶片制造中，碳纤维代替部分玻璃纤维应用于叶片、且用量逐步增加是高性能碳纤维复合材料发展的必然结果。

采用碳纤维NCF织物制造的复合材料风机叶片

目前制造复合材料叶片大多用玻璃纤维增强树脂基复台材料（GFRP），少量用碳纤维复合材料（CFRP）因为前者价格低，生产成本低，后者价格高。虽然CFRP整体性能要优于GFRP，还不能大批量应用，需要有个过渡期。

从发展趋势来看，CFRP叶片将是主流产品。碳纤维复合材料具有许多优异性能，是制造风力发电机叶片的最佳选材之一。这些优异性能主要归纳为以下几个方面：

　　1、比强度和比模量高，重量轻。用CFRP制造叶片重量要比GFRP轻30%左右。叶片轻量化的波及效果也十分显著，使传动系统、塔架和平台等都可实现轻量化，整体重量下降。

　　2、CFRP的刚性大，约比GFRP大两倍以上。这不仅有利于设计预弯曲外形，而且在运转过程中叶片旋转面与塔架之间容易保持一定间距，使其长期稳定地运转。

　　3、CFRP具有优异的振动阻尼特性，不易起振，振动后又容易衰减停振，这样可避免叶片的自然振动频率与其他的短暂振动频率之间发生共振的可能性，使系统稳定运转。

　　4、CFRP的疲劳强度高，使用寿命长，可满足20年的设计要求。大气环境经常发生变化，风速、风向多变。尤其是大气紊流造成叶片颤动和周期性载荷，往往会导致疲劳断裂。采用抗疲劳高的CFRP，使用寿命长。

　　5、耐腐蚀，适应环境性强，碳纤维耐酸、耐碱和耐盐，耐腐蚀性非常强，用CFRP制造的风机叶片可适用于沿海地区、盐碱地域或酸碱环境，可经得起长时间的浸蚀。