碳纖維的應(yīng)用可以減少負(fù)載和增加葉片長(zhǎng)度,從而制造適合于低風(fēng)速地區(qū)的大直徑風(fēng)葉,使風(fēng)能成本下降。
(5)可制造自適應(yīng)葉片
葉片裝在發(fā)電機(jī)的輪輪上,葉片的角度可調(diào)。目前主動(dòng)型調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)(active utility-size wind turhines)的設(shè)計(jì)風(fēng)速為13 to 15m/sec(29 to 33mph),當(dāng)風(fēng)速超過時(shí),則調(diào)節(jié)風(fēng)葉斜度來分散超過的風(fēng)力,防止對(duì)風(fēng)機(jī)的損害。斜度控制系統(tǒng)對(duì)逐步改變的風(fēng)速是有效的。但對(duì)狂風(fēng)的反應(yīng)太慢了,自適應(yīng)的各向異性葉片可幫助斜度控用系統(tǒng)(the pitch control system),在突然的、瞬間的和局部的風(fēng)速改變時(shí)保持電流的穩(wěn)定。自適應(yīng)葉片充分利用了纖維增強(qiáng)材料的特性,能產(chǎn)生非對(duì)稱性和各向異性的材料,采用彎曲/扭曲葉片設(shè)計(jì),使葉片在強(qiáng)風(fēng)中旋轉(zhuǎn)時(shí)可減少瞬時(shí)負(fù)載。美國(guó)Sandia National Laboratories致力于自適應(yīng)葉片(“adzptive”blade)研究,使1.5W風(fēng)能從每kwh5美分降到4.9分,價(jià)格可和燃料發(fā)電相比。

(6) 利用導(dǎo)電性能避免雷達(dá)擊
利用碳纖維的導(dǎo)電性能,通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可有效地避免雷擊對(duì)葉片造成的損傷。
(7) 降低風(fēng)力機(jī)葉片的制造和運(yùn)輸成本
由于減少了材料的應(yīng)用,所以纖維和樹脂的應(yīng)用都減少了,葉片變得輕巧,制造和運(yùn)輸成本都會(huì)下降??煽s小工廠的規(guī)模和運(yùn)輸設(shè)備。
(8)具有振動(dòng)阻尼特性。碳纖維的振動(dòng)阻尼特性可避免葉片自然頻率與塔暫短頻率間發(fā)生任何共振的可能性。
5.碳纖維應(yīng)用的主要問題和解決途徑
碳纖維應(yīng)用的缺陷:
(1)碳纖維是一種昂貴纖維材料,在碳纖維應(yīng)用過程中,價(jià)格是主要障礙,另外,性價(jià)比影響了它在風(fēng)力發(fā)電上的大范圍應(yīng)用。必須當(dāng)葉
片超過一定尺寸后,因?yàn)椴牧嫌昧肯陆担拍鼙炔@w葉片便宜。目前采用碳纖維和玻璃纖維共混結(jié)構(gòu)是一種比較好的辦法,而且還綜合了兩種材料的性能。另外一種方法是采用從瀝青制造的成本較低的碳纖維,這種碳纖維的價(jià)格可以降到5美元/lb 的心理價(jià)位。
(2)CFRP比GFRP更具脆性,一般被認(rèn)為更趨于疲勞,但是研究表明,只要注意生產(chǎn)質(zhì)量的控制以及材料和結(jié)構(gòu)的幾何條件,就可足以保證長(zhǎng)期的耐疲勞。