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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、太陽能發(fā)電等可再生清潔能源。行車在各地的公路上，常常能看見遠(yuǎn)處的山頂上，一座座風(fēng)車在緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)，看起來也不太大的樣子。但是，當(dāng)你真正的走進(jìn)風(fēng)電場，近距離接觸風(fēng)電場的時(shí)候，你知道風(fēng)電的葉片有多長嗎？
葉片長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。
這是停在開河高速開遠(yuǎn)羊街收費(fèi)出口處的超長運(yùn)輸車輛，拉的就是風(fēng)電葉片，每輛車只能裝載一片葉片。
超長掛車只能裝運(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來的，將近3000公里的距離，由于是超長車輛，途中行駛緩慢，經(jīng)過一些彎道是，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：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，而走原來的老路，照云南這樣的彎多坡大的路況，這么長的葉片是無法運(yùn)過來的，因?yàn)楹枚嗟胤降膹澋谰透緹o法轉(zhuǎn)過去。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，能開二月紅；過江千尺浪，入竹萬竿斜。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)略過吹面不覺寒的和煦春風(fēng)，也見識(shí)過風(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，能開二月紅；過江千尺浪，入竹萬竿斜。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)略過吹面不覺寒的和煦春風(fēng)，也見識(shí)過風(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，人們開始利用風(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)過長達(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，木制葉片越來越無法滿足大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的要求，因此，木制葉片開始逐漸被其他材料所取代。
木質(zhì)葉片
近代，葉片開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焊接或螺栓連接來實(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)，難以滿足風(fēng)機(jī)葉片長時(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發(fā)，其潛在性能優(yōu)勢不斷被發(fā)掘，隨著應(yīng)用技術(shù)的積累，長纖維增強(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)氧樹脂、不飽和樹脂等）通過一定的成型工藝滲入長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)氧樹脂，然后加熱使樹脂固化，被樹脂浸潤的纖維結(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)油漆或樹脂。
葉片截面結(jié)構(gòu)
葉片材料的應(yīng)用趨勢
為了捕獲更多風(fēng)能、降低度電成本，海上風(fēng)資源的開發(fā)受到越來越多國家的青睞，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。
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。2020年，丹麥LM公司生產(chǎn)了世界上最長的葉片，單只葉片長度達(dá)88.4米。
世界最長的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片LM 88.4 P（圖片來自相關(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，隨著葉片長度的進(jìn)一步延伸，碳纖維復(fù)合材料將成為超長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)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(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：葉片用來接受風(fēng)力并通過機(jī)頭轉(zhuǎn)為電能；尾翼使葉片始終對(duì)著來風(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)簡介
風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片主要是用來捉獲風(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)葉片的測量長度大約為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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