(接第三部分)
二,在能源及配套产业上的应用(仅以风电、复合材料杆塔为例)
2.1 风电
2.1.1 概况
图13 海上风电叶片
新能源一般指太阳能、风能、地热能、生物质能和海洋能等这类可再生能源。
在当今世界新能源中,风力发电是开发得最为有效的一种可再生能源,究其原因,主要为以下几方面的优越性:
1)风能是一种干净的可再生的能源,取之不尽,无污染;
2)风能技术日趋成熟,风力机单机容量不断增大,产品质量显著提高;
风力发电是可再生能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式,正是因为有这些独特的优势,其开发潜力已被世界各国所认可,风力发电已逐渐成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分,是潜在的第三大主力发电电源。
3)风力发电的经济性日益提高,已接近煤电,比油电和核电低;
如图15示,随着风电技术的进一步发展和各国政策的扶持,风力发电的成本在不断降低,在过去的15年内,风电成本降低了50%。
图15 风力发电成本走势
图16 风电装机容量走势
4)风电工程建设周期短,占地少,运行成本低。
我国风能资源储量丰富,已探明储量为25亿kw, 下图是我国风能资源区划分图和中国主要风电基地电力、电量外送示意图:
图17 我国风能资源区划分图
图18 中国主要风电基地电力、电量外送示意图
表5是中国风电发展 告中的目标预测:
表5 中国风电发展目标预测
三种目标的区别主要在2020年前发展速度的判断上,之后每年的发展速度和增量基本保持一致。中国可再生能源行业理事会预计到2015年,中国的风电装机容量将达到50,000MW,中国不久将成为最大的风力发电国家。如果风电发展的政策环境进一步完善,2020年风电累计装机可以达到1.2亿Kw,2030年中国风电累计装机可以达到2.7亿Kw,2050年的风电装机可以达到4亿~6亿KW,届时风电将成为火电、水电之后的第三大发电电源。
叶片是风力机的关键部件之一,涉及气动、复合材料结构、工艺等领域,尤其MW级大型复合材料叶片的设计制造难度很高,其价格要占机组的18~22%左右。最著名的叶片公司是丹麦的LM公司,占居世界市场的45%,在全世界有12个工厂,有雇员2200人,并有全球的销售服务 络。
复合材料由于其独特的性能,在风力机组部件叶片、机舱罩与导流罩得到了广泛的应用。一些世界著名复合材料材料商、设备商竞相参与风能领域,复合材料风能产品已成为复合材料行业一块重要的产业。
2.1.2 目前存在的问题和主要研究方向
目前叶片产业的主要研究方向集中在以下几点:叶片气动外形设计;叶片结构设计;叶片结构试验;制造工艺;叶片技术规范。下面重点讨论一下叶片制造工艺:
叶片成型工艺由早期的手糊工艺发展到目前的比较先进的工艺。如LM公司采用VARTM工艺;Vestas采用预浸料工艺;德国NOI公司采用湿法预浸料工艺。
对于大型风力机叶片,大多采用开模工艺,分别在两个阴模上成型气动面与工作面半壳。叶片主梁及其他玻璃钢部件分别在专用模具上成型,然后胶接组装成整体叶片。
图19 叶片模具
图20 叶片制备过程
图21 叶片半成品
图22 叶片堆场一角
图23 叶片装运
树脂基体的选择也很重要,聚酯树脂价格低廉,成型工艺性www.gesep.com节能好,但力学性能一般,环氧树脂则刚好相反,性能较优但价格较高且工艺操作性不好,所以目前成本和性能等介于二者之间的乙烯基树脂被一些叶片制造商大量采用。
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