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北極星風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)訊:這些年，云南大力發(fā)展風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等可再生清潔能源。行車(chē)在各地的公路上，常常能看見(jiàn)遠(yuǎn)處的山頂上，一座座風(fēng)車(chē)在緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)，看起來(lái)也不太大的樣子。但是，當(dāng)你真正的走進(jìn)風(fēng)電場(chǎng)，近距離接觸風(fēng)電場(chǎng)的時(shí)候，你知道風(fēng)電的葉片有多長(zhǎng)嗎？
葉片長(zhǎng)53.8米
4月10日下午，記者剛好近距離接觸到了風(fēng)電葉片，才知道了一些數(shù)據(jù)，讓我告訴你吧。
這是停在開(kāi)河高速開(kāi)遠(yuǎn)羊街收費(fèi)出口處的超長(zhǎng)運(yùn)輸車(chē)輛，拉的就是風(fēng)電葉片，每輛車(chē)只能裝載一片葉片。
超長(zhǎng)掛車(chē)只能裝運(yùn)一片葉片
3片葉片就能連到很遠(yuǎn)
兩位正在車(chē)旁陰涼處蔭涼處休息的駕駛員告訴記者，這些葉片是從江蘇拉過(guò)來(lái)的，將近3000公里的距離，由于是超長(zhǎng)車(chē)輛，途中行駛緩慢，經(jīng)過(guò)一些彎道是，要特別的小心。到了云南后，雖然是走高速公路，但因彎道太多，就更慢了。駕駛員稱(chēng)：幸好現(xiàn)在有了高速公路，但也要走四天到五天。如果不走高速公路，而走原來(lái)的老路，照云南這樣的彎多坡大的路況，這么長(zhǎng)的葉片是無(wú)法運(yùn)過(guò)來(lái)的，因?yàn)楹枚嗟胤降膹澋谰透緹o(wú)法轉(zhuǎn)過(guò)去。那么，這些風(fēng)電葉片的尺寸是多少呢？
直徑2.64米
[搜船網(wǎng) 搜船資訊] 核心提示：風(fēng)電葉片知多少？,解落三秋葉，能開(kāi)二月紅；過(guò)江千尺浪，入竹萬(wàn)竿斜。你猜，這是在描述什么呢？是的，這就是風(fēng)，這份大自然的美麗與特殊。我們領(lǐng)略過(guò)吹面不覺(jué)寒的和煦春風(fēng)，也見(jiàn)識(shí)過(guò)風(fēng)勁角弓鳴的威力，而風(fēng)能早已漸漸走進(jìn)我們的生活。
解落三秋葉，能開(kāi)二月紅；過(guò)江千尺浪，入竹萬(wàn)竿斜。你猜，這是在描述什么呢？
是的，這就是風(fēng)，這份大自然的美麗與特殊。我們領(lǐng)略過(guò)吹面不覺(jué)寒的和煦春風(fēng)，也見(jiàn)識(shí)過(guò)風(fēng)勁角弓鳴的威力，而風(fēng)能早已漸漸走進(jìn)我們的生活。
風(fēng)能利用的歷史
人類(lèi)最早利用風(fēng)能要追溯到波斯人利用垂直軸風(fēng)機(jī)的碾磨；到了中世紀(jì)，北歐人利用水平軸風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)帆船航行；19世紀(jì)的美國(guó)，人們開(kāi)始利用風(fēng)力機(jī)提水灌溉。
風(fēng)力機(jī)用于提水
到1887年，美國(guó)人Charles F.Brush建造了第一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，此后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)一個(gè)多世紀(jì)的艱辛探索，不斷的技術(shù)革新和應(yīng)用的考驗(yàn)，才發(fā)展成今天的主流的上風(fēng)向、水平軸、三葉片的塔式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，也使得風(fēng)力發(fā)電成為風(fēng)能利用主導(dǎo)方向。
主流風(fēng)力機(jī)
隨著傳統(tǒng)化石能源的不可持續(xù)以及對(duì)全球環(huán)境的持續(xù)危害，以風(fēng)力發(fā)電為主流的新能源已經(jīng)成為世界各國(guó)優(yōu)先和大力發(fā)展的替代能源。
風(fēng)電葉片是風(fēng)電機(jī)組中將自然界風(fēng)能轉(zhuǎn)換為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電能的核心部件，也是衡量風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)和技術(shù)水平的主要依據(jù)。
風(fēng)電葉片的發(fā)展歷程
由于機(jī)組功率容量很小，早期的風(fēng)力發(fā)電機(jī)大多采用木質(zhì)葉片，使用強(qiáng)度較好的整體木方做葉片縱梁來(lái)承擔(dān)葉片在工作時(shí)所必須承受的力和彎矩，但木制葉片不易扭曲成型，且強(qiáng)度不高，在潮濕環(huán)境下也容易腐蝕；加之隨著葉片尺寸的增加，木制葉片越來(lái)越無(wú)法滿(mǎn)足大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的要求，因此，木制葉片開(kāi)始逐漸被其他材料所取代。
木質(zhì)葉片
近代，葉片開(kāi)始采用鋼管或型鋼做縱梁、鋼板做肋梁，內(nèi)填泡沫塑料外覆玻璃增強(qiáng)蒙皮的結(jié)構(gòu)形式，鋼梁結(jié)構(gòu)承受絕大部分載荷，玻璃鋼蒙皮形成氣動(dòng)外形，葉片縱梁的鋼管及型鋼從葉根至葉尖的截面逐漸變小，以滿(mǎn)足扭曲葉片的要求并減輕葉片重量。
鋼質(zhì)葉片
隨著鋁合金材料在飛機(jī)機(jī)翼上的成功應(yīng)用，由于機(jī)翼結(jié)構(gòu)具有與風(fēng)電葉片相似的受力和外形特征，因此引發(fā)了科學(xué)家對(duì)鋁合金在風(fēng)電葉片應(yīng)用的濃厚興趣。
用鋁合金擠壓成型的等弦長(zhǎng)葉片易于制造，可連續(xù)生產(chǎn)，又可按設(shè)計(jì)要求的扭曲進(jìn)行扭曲加工，葉根與輪轂連接的軸及法蘭可通過(guò)焊接或螺栓連接來(lái)實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，鋁合金葉片也存在諸多弊端，雖然鋁合金葉片重量輕、易于加工，但難以加工成從葉根至葉尖漸縮的葉片，此外，鋁合金材料在空氣中的氧化和老化問(wèn)題，也對(duì)葉片的保養(yǎng)和后期維護(hù)提出了挑戰(zhàn)，難以滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的要求。
鋁合金葉片
上世紀(jì)50年代，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料原材料體系被逐步開(kāi)發(fā)，其潛在性能優(yōu)勢(shì)不斷被發(fā)掘，隨著應(yīng)用技術(shù)的積累，長(zhǎng)纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料以其優(yōu)異的力學(xué)性能、工藝性能和耐環(huán)境侵蝕性能，成為當(dāng)今大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片材料的首選。
聚合物基復(fù)合材料是由高分子聚合物（環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和樹(shù)脂等）通過(guò)一定的成型工藝滲入長(zhǎng)度不同的玻璃纖維或碳纖維而做成的增強(qiáng)塑料。
玻璃纖維（左）和碳纖維（右）
現(xiàn)階段大型葉片一般采用真空吸注成型工藝，該工藝?yán)貌ＡЮw維和泡沫結(jié)構(gòu)層的真空吸入常壓下的液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂，然后加熱使樹(shù)脂固化，被樹(shù)脂浸潤(rùn)的纖維結(jié)構(gòu)隨即成為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)即復(fù)合材料葉片。與傳統(tǒng)金屬材料葉片制造工藝相比，真空吸注工藝生產(chǎn)效率更高、性能亦可根據(jù)設(shè)計(jì)纖維的方向自由調(diào)控，材料與結(jié)構(gòu)一體化成型、產(chǎn)品尺度限制小，特別適合制造大型高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件，故而成為現(xiàn)今風(fēng)電葉片的主導(dǎo)制造工藝。
復(fù)合材料真空吸注工藝
現(xiàn)代葉片經(jīng)歷了從實(shí)心葉片結(jié)構(gòu)向中空的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。目前，葉片大多為箱型或者工字型主承力結(jié)構(gòu)加上輕質(zhì)的氣動(dòng)外形組成，其中承力結(jié)構(gòu)位于翼型的最大厚度附近，這部分結(jié)構(gòu)承受絕大部分外載荷。其他位置則為薄的殼體結(jié)構(gòu)或者泡沫夾芯結(jié)構(gòu)，這部分主要提供準(zhǔn)確、光順的氣動(dòng)外形，從而在保證葉片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)降低葉片質(zhì)量。由于風(fēng)沙、雨水侵蝕和冰雹的侵蝕，為了保持葉片氣動(dòng)外形和保護(hù)葉片承力結(jié)構(gòu)20年以上的使用壽命，葉片表面通常還需要涂覆防護(hù)油漆或樹(shù)脂。
葉片截面結(jié)構(gòu)
葉片材料的應(yīng)用趨勢(shì)
為了捕獲更多風(fēng)能、降低度電成本，海上風(fēng)資源的開(kāi)發(fā)受到越來(lái)越多國(guó)家的青睞，其具有風(fēng)速平穩(wěn)，湍流度小，距離用電負(fù)荷中心近等優(yōu)勢(shì)。
為了降低維護(hù)和基礎(chǔ)建設(shè)成本，海上風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量通常比陸上機(jī)組更大，所使用的葉片更長(zhǎng)。2020年，丹麥LM公司生產(chǎn)了世界上最長(zhǎng)的葉片，單只葉片長(zhǎng)度達(dá)88.4米。
世界最長(zhǎng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片LM 88.4 P（圖片來(lái)自相關(guān)報(bào)道）
由于海上風(fēng)電葉片的嚴(yán)苛要求，現(xiàn)在大規(guī)模使用的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已難以獨(dú)立勝任。相較之下，碳纖維復(fù)合材料葉片的剛度為玻璃纖維復(fù)合葉片的兩至三倍，極限和疲勞性能都優(yōu)于玻璃纖維復(fù)合材料，是名副其實(shí)的高性能材料。盡管碳纖維復(fù)合材料的性能大大優(yōu)于玻璃纖維復(fù)合材料，但因價(jià)格昂貴，影響了它在風(fēng)電葉片上大范圍應(yīng)用。然而，碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用已成為趨勢(shì)，隨著葉片長(zhǎng)度的進(jìn)一步延伸，碳纖維復(fù)合材料將成為超長(zhǎng)葉片材料的不二選擇。
大型海上風(fēng)電機(jī)組
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風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車(chē)葉片旋轉(zhuǎn)，再透過(guò)增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電；它由機(jī)頭、轉(zhuǎn)體、尾翼、葉片組成，各部分功能為：葉片用來(lái)接受風(fēng)力并通過(guò)機(jī)頭轉(zhuǎn)為電能；尾翼使葉片始終對(duì)著來(lái)風(fēng)的方向從而獲得最大的風(fēng)能；轉(zhuǎn)體能使機(jī)頭靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能；機(jī)頭的轉(zhuǎn)子是永磁體，定子繞組切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生電能。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)量不穩(wěn)定，故其輸出的是13～25V變化的交流電，須經(jīng)充電器整流，再對(duì)蓄電瓶充電，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能變成化學(xué)能。然后用有保護(hù)電路的逆變電源，把電瓶里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成交流220V市電，才能保證穩(wěn)定使用。使用風(fēng)力發(fā)電機(jī)，就是源源不斷地把風(fēng)能變成我們家庭使用的標(biāo)準(zhǔn)市電，其節(jié)約的程度是明顯的，一個(gè)家庭一年的用電只需20元電瓶液的代價(jià)。而現(xiàn)在的風(fēng)力發(fā)電機(jī)比幾年前的性能有很大改進(jìn)，以前只是在少數(shù)邊遠(yuǎn)地區(qū)使用，風(fēng)力發(fā)電機(jī)接一個(gè)15W的燈泡直接用電，一明一暗并會(huì)經(jīng)常損壞燈泡。而現(xiàn)在由于技術(shù)進(jìn)步，采用先進(jìn)的充電器、逆變器，風(fēng)力發(fā)電成為有一定科技含量的小系統(tǒng)，并能在一定條件下代替正常的市電。風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般有風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)（包括裝置）、調(diào)向器（尾翼）、塔架、限速安全機(jī)構(gòu)和儲(chǔ)能裝置等
風(fēng)力發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)介
風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片主要是用來(lái)捉獲風(fēng)，并將風(fēng)力傳送到轉(zhuǎn)子軸心。現(xiàn)代600千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，每個(gè)葉片的測(cè)量長(zhǎng)度大約為20米，而且被設(shè)計(jì)得很像飛機(jī)的機(jī)翼。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)的維護(hù)以及轉(zhuǎn)速
維護(hù)人員可以通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔進(jìn)入機(jī)艙。機(jī)艙左端是風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，即轉(zhuǎn)子葉片及軸。轉(zhuǎn)子軸心附著在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低速軸上。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低速軸將轉(zhuǎn)子軸心與齒輪箱連接在一起。在現(xiàn)代600千瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)上，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相當(dāng)慢，大約為19至30轉(zhuǎn)每分鐘。
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