摘要：風(fēng)能，是一種可再生能源，即不會(huì)隨其自身轉(zhuǎn)化或人類(lèi)開(kāi)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(qiáng)塑料在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用及發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：玻璃纖維增強(qiáng)塑料、風(fēng)力發(fā)電、應(yīng)用。

風(fēng)能，作為一種無(wú)排放的能源用來(lái)發(fā)電，始終受到世界各國(guó)的重視。目前，各國(guó)正加快對(duì)風(fēng)力發(fā)電研究的步伐，不斷推出新的技術(shù)裝備。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，是指由葉片（風(fēng)輪）、傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能設(shè)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(fēng)力發(fā)電功率，其關(guān)鍵在于要具有能輕快旋轉(zhuǎn)的葉片。

1.玻璃纖維增強(qiáng)塑料在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用

葉片（風(fēng)輪）的材質(zhì)強(qiáng)度是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組性能優(yōu)劣的關(guān)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(qiáng)塑料復(fù)合材料（玻璃鋼）、金屬（鋁合金）等，其中玻璃鋼新型復(fù)合材料葉片的重量輕，比強(qiáng)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(qiáng)度（強(qiáng)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(qiáng)度高，壽命也較長(zhǎng)，在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用效果顯著。例如，美國(guó)研制的擠壓成型玻璃鋼風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片成功地安裝在55kW、200kW的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上，常年運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

日本三菱重工公司研制成功MWT—250型風(fēng)力發(fā)電設(shè)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(qiáng)工程塑料（玻璃鋼）制成3枚葉片，能經(jīng)受住常年運(yùn)行考驗(yàn)，維持發(fā)電系統(tǒng)可靠性。該風(fēng)車(chē)也能跟蹤風(fēng)向，達(dá)到額定輸出功率。風(fēng)車(chē)控制盤(pán)與微機(jī)相連接，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)車(chē)平穩(wěn)起動(dòng)、停止及各種控制的自動(dòng)化。遇超速、油壓降低、異常振動(dòng)、發(fā)電機(jī)過(guò)載等異常情況時(shí)，風(fēng)車(chē)安全裝置能保證其安全迅速地停止運(yùn)行。風(fēng)車(chē)單機(jī)額定功率250kW，玻璃鋼葉片直徑25m，轉(zhuǎn)速48r/min，額定風(fēng)速為13.2m/s。

日本機(jī)械技術(shù)研究所利用杠桿原理開(kāi)發(fā)的抗強(qiáng)風(fēng)柔性結(jié)構(gòu)風(fēng)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(qiáng)工程塑料制造，塔高15m、重3.2t。發(fā)電機(jī)組采用活絡(luò)式轉(zhuǎn)子，允許槳葉、輪轂搖動(dòng)，能緩和空氣動(dòng)力負(fù)荷反復(fù)變動(dòng)的沖擊，以及高速氣流引起葉片、輪轂部位的振動(dòng)；玻璃鋼葉片及輪轂具有優(yōu)異的抗疲勞強(qiáng)度和韌性，工作壽命長(zhǎng)。另外，由于采用了軸與葉片柔性連接的新結(jié)構(gòu)，使強(qiáng)風(fēng)時(shí)加到葉片上的力可減少50；又由于隨著風(fēng)力增強(qiáng)，該葉片的角度會(huì)自動(dòng)變化，使風(fēng)在葉片后方自行消減。借助這種結(jié)構(gòu)，即使風(fēng)速變化，風(fēng)車(chē)也得到有效控制，維持80r/min的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，風(fēng)速為8m/s～25m/s時(shí)可穩(wěn)定輸出15kW電力，可滿(mǎn)足周?chē)?0戶(hù)家庭的用電。發(fā)電系統(tǒng)的輸出和轉(zhuǎn)速的控制是通過(guò)在槳葉、輪轂部分安裝調(diào)速機(jī)構(gòu)進(jìn)行節(jié)距控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

柔性的適應(yīng)風(fēng)速變動(dòng)的思想，貫穿于風(fēng)輪機(jī)葉片、輪轂及其整個(gè)發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)中，從而發(fā)電機(jī)可以變速運(yùn)行，即異步電動(dòng)機(jī)在37.5～187.5的額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行，產(chǎn)生的電力，通過(guò)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(fēng)力發(fā)電揚(yáng)排水系統(tǒng)已投入運(yùn)轉(zhuǎn)，該系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)，揚(yáng)水泵、整流器等構(gòu)成，風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率為72W～10kW，系統(tǒng)還可以與太陽(yáng)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(qiáng)塑料復(fù)合材料；其互換性與通風(fēng)性好，強(qiáng)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(fēng)車(chē)頗具特色。它安裝了測(cè)定風(fēng)速的新型傳感器件，塔高30m；安裝長(zhǎng)為14m的3塊玻璃纖維增強(qiáng)工程塑料制葉片，在平均風(fēng)速5.5m/s以上即可起動(dòng)，當(dāng)測(cè)出瞬間風(fēng)速24m/s以上時(shí)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，籍此以保護(hù)發(fā)電機(jī)組，當(dāng)平均風(fēng)速12.4m/s時(shí)發(fā)電功率可達(dá)250kW。

日本以新能源和產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)為中心，正在開(kāi)發(fā)高效利用風(fēng)力的大型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。在青森縣龍飛岬的275kW風(fēng)力發(fā)電裝置采用了玻璃纖維增強(qiáng)塑料作為葉片，每片葉片全長(zhǎng)12m，重量達(dá)1t。葉片在風(fēng)速為6m/s時(shí)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，風(fēng)速為13m/s時(shí)即達(dá)到額定功率270kW。然而，為了保護(hù)風(fēng)力發(fā)電裝置，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)13m/s時(shí)即開(kāi)始減速，當(dāng)風(fēng)速高達(dá)24m/s時(shí)，則葉片即自動(dòng)停止旋轉(zhuǎn)。

最近美國(guó)、德國(guó)、澳大利亞及歐共體國(guó)家研制的風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(qiáng)工程塑料復(fù)合材料制造葉片，安裝有變速裝置及先進(jìn)的電子控制裝置。大型風(fēng)輪機(jī)的葉片長(zhǎng)度超過(guò)10m。投入運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)功率已發(fā)展到500kW，有的已達(dá)到500～750kW，風(fēng)輪直徑達(dá)50m。而每臺(tái)發(fā)電機(jī)組體積只相當(dāng)于普通火力發(fā)電站的千分之一。

2.發(fā)展前景

國(guó)際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2020年可再生能源將在全球能源消費(fèi)中的比例達(dá)到30。面對(duì)即將到來(lái)的可再生能源時(shí)代，各國(guó)加強(qiáng)了對(duì)可再生能源的利用。丹麥的風(fēng)力發(fā)電已達(dá)到總電力的18，而德國(guó)2002年風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)占世界風(fēng)力發(fā)電量的三分之一。法國(guó)計(jì)劃在2025年風(fēng)力發(fā)電達(dá)到發(fā)電總量的25。

我國(guó)風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)潛力巨大，可開(kāi)發(fā)總?cè)萘窟_(dá)到10億KW，這樣大的儲(chǔ)量讓國(guó)外不少專(zhuān)家也發(fā)出羨慕的驚嘆。據(jù)新華社報(bào)道，目前中國(guó)已建成的風(fēng)力發(fā)電能力為345MW。如內(nèi)蒙古研制出50W～10KW系列風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，從1989年到1999年的10年中，僅內(nèi)蒙古就實(shí)施了12個(gè)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目，裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)45375KW。我國(guó)預(yù)計(jì)到2020年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到2000萬(wàn)KW。

風(fēng)力發(fā)電的設(shè)備投資往往占到項(xiàng)目總投資的70～80，而在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中，最核心的部分是葉片。保定中航惠騰風(fēng)電設(shè)備有限公司是我國(guó)唯一擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、自行開(kāi)發(fā)生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電葉片的企業(yè)，是推動(dòng)我國(guó)風(fēng)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的核心企業(yè)。2005年訂單超過(guò)2億元，2006年的定貨合同已達(dá)3億元。

我國(guó)政府近期頒布的《可再生能源法》、《國(guó)務(wù)院做好建設(shè)節(jié)約型社會(huì)重點(diǎn)工作的通知》與《京都議定書(shū)》等給新能源產(chǎn)業(yè)提供了強(qiáng)大支持。

從目前各國(guó)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，到2010年，全世界風(fēng)力發(fā)電的總裝機(jī)容量可望達(dá)到3600萬(wàn)kW，風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)前景誘人，玻璃鋼在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊。

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