玻璃纖維增強塑料在風力發(fā)電中的應用

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玻璃纖居增強塑料在風力發(fā)電中的應用苑金生風能，作為一種無排放的能源用來發(fā)電，始終受到世界各國的重視。目前，各國正加快對風力發(fā)電研究的步伐，不斷推出新的技術裝備。風力發(fā)電機組，是指由風輪、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機、儲能設備、塔架及電器系統(tǒng)等組成的發(fā)電裝置。眾所周知，要獲得較大的風力發(fā)電功率，其關鍵在于要具有能輕快旋轉的葉片?！　∪~片（風輪）的材質(zhì)強度是風力發(fā)電機組性能優(yōu)劣的關鍵。目前的葉片所用材質(zhì)已由木質(zhì)、帆布等發(fā)展為玻璃纖維增強塑料復合材料（玻璃鋼）、金屬（鋁合金）等，其中玻璃鋼新型復合材料葉片的重量輕，比強度高。玻璃鋼的比重為1.5~20之間，只有鋼材的1/4~1/5.比強度（強度與密度的比值）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度高，壽命也較長，在風力發(fā)電中的應用效果顯著。例如，美國研制的擠壓成型玻璃鋼風力發(fā)電機組葉片成功地安裝在55kW、200kW的大型風力發(fā)電機組上，常年運轉正常。250型風力發(fā)電設備，其旋轉控制系統(tǒng)采用能任意整定翼角的可變翼角系統(tǒng)，并由玻璃纖維增強工程塑料（玻璃鋼）制成3枚葉片，能經(jīng)受住常年運行考驗，維持發(fā)電系統(tǒng)可靠性。該風車也能跟蹤風向，達到額定輸出功率。風車控制盤與微機相連接，實現(xiàn)了風車平穩(wěn)起動、停止及各種控制的自動化。遇超速、油壓降低、異常振動、發(fā)電機過載等異常情況時，風車安全裝置能保證其安全迅速地停止運行。風車單機額定功率250kW，玻璃鋼葉片直徑25m，轉速48i/min額定風速為13.2m/s.日本機械技術研究所利用杠桿原理開發(fā)的抗強風柔性結構風力發(fā)電系統(tǒng)引人注目。其葉片半徑7. 5m，采用玻璃纖維增強工程塑料制造，塔高15m、重3.2t.發(fā)電機組采用活絡式轉子，允許槳葉、輪轂搖動，能緩和空氣動力負荷反復變動的沖擊，以及高速氣流引起葉片、輪轂部位的振動；玻璃鋼葉片及輪轂具有優(yōu)異的抗疲勞強度和韌性，工作壽命長。另外，由于采用了軸與葉片柔性連接的新結構，使強風時加到葉片上的力日本三菱重工公司研制成功MWT*可減少50%又由于隨著風力增強，該葉片的角度會自動變化，使風在葉片后方自行消減。借助這種機構，即使風速變化，風車也得到有效控制，維持80r/min的穩(wěn)定轉速，風速為8m/s~25m/s時可穩(wěn)定輸出15kW電力，可滿足周圍10戶家庭的用電。發(fā)電系統(tǒng)的輸出和轉速的控制是通過在槳葉、輪轂部分安裝調(diào)速機構進行節(jié)距控制來實現(xiàn)的?！　∪嵝缘剡m應風速變動的思想，貫穿于風輪機葉片、輪轂及其整個發(fā)電裝置的設計中，從而發(fā)電機可以變速運行，即異步電動機在37.5%~187.5%的額定轉速范圍內(nèi)運行，產(chǎn)生的電力，通過DC連接方式的電力轉速裝置，以50Hz額定頻率并入電網(wǎng)?！　≡槐拒笤谱魉瞥龅娘L力發(fā)電揚排水系統(tǒng)已投入運轉，該系統(tǒng)由風力發(fā)電機，揚水泵、整流器等構成，風力發(fā)電機功率為10kW，系統(tǒng)還可以與太陽能發(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)采用玻璃纖維增強塑料復合材料；其互換性與通用性好，強度高，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?！　≡槐救庵毓ぶ圃斓乃捷S螺旋槳式可變?nèi)~片型風車頗具特色。它安裝了測定風速的新型傳感器件，塔高30m；安裝長為14m的3塊玻璃纖維增強工程塑料制葉片，在平均風速55m/s以上即可起動，當測出瞬間風速24m/s以上時立即停止運轉，籍此以保護發(fā)電機組，當平均風速12.4m/s時，發(fā)電功率可達250kW.曰本以新能源和產(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)機構為中心，正在開發(fā)高效利用風力的大型風力發(fā)電技術。在青森縣龍飛岬的275kW風力發(fā)電裝置采用了玻璃纖維增強塑料作為葉片，每片葉片全長12m，重量達1t.葉片在風速為6m/s時開始旋轉，風速為13m/s時即達到額定功率270kW.然而，為了保護風力發(fā)電裝置，當風速超過13m/s時即開始減速，當風速高達24m/s時，則葉片即自動停止旋轉?！　∽罱绹?、德國、澳大利亞及歐共體國家研制的風力發(fā)電機組具有高效、靈巧、可靠性高等特色，采用了高科技的玻璃纖維增強工程塑料復合材料制造葉片，安裝有變速裝置及先進的電子控制裝置。大型風輪機的葉片長度超過10m.投入運轉的風力發(fā)電機單機功率已發(fā)展到500kW，有的已達到500~750kW，風輪直徑達50m.而每臺發(fā)電機組體積只相當于普通火力發(fā)電站的千分之一。　　從目前各國風力發(fā)電的發(fā)展趨勢來看，到2010年全世界風力發(fā)電的總裝機容量可望達到3600萬kW，風力發(fā)電市場前景誘人，玻璃鋼在風力發(fā)電中的應用市場前景廣闊。