国外风力发电机FRP叶片近况

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1、国外风力发电机 FRP叶片近况 董 永 棋 (国家建材局技术情报研究所) 摘 要 本文收集、 整理了国外风力发电机的发展和 FRP 叶片的应用近况。 关键词 风力发电机, FRP 叶片, 近况 ABSTRACT This paper collects and putstogether the information of windturbine generator and recent application of FRP blades at home and abroad. 1 概 述 111 世 界 20世纪 80 年代世界风力发电机很少; 90 年代 初并网风电机的装机容量为 314Gk

2、wh; 1995 年为 714Gkwh; 1998 年为 19Gkwh。世界风能潜力超过 50 000Gkwh/ 年, 超过世界实际总电耗量。估计 2000 年 世界并网风电装机容量达 10 000Mw(Mw ) 兆瓦) , 年 增长 20% ; 预计 2002 年为 20 000Mw, 显然, 风能已 成为当今世界发展最快的能源! 1 另一资料指出: 就能源而言, 20 世纪是矿物燃 料时代, 21世纪则是可再生能源时代。1998 年世界 风电达 53 000Twh, 超过世界实际总电耗量的 4 倍。 1999 年世界风电新装机容量为 3 100Mw, 年增长超 过30%, 估计 2000

3、年为 13 250Mw。世界能源机构 ( IEA) 预测: 2020 年世界总电耗量将比 1998 年翻一 番。 2 80 年代风电机的平均功率为 26kw, 叶轮直径为 1015m。90 年代末为 600kw, 叶片长 23m; 有的达到 1165Mw, 叶轮直径为 66m; 下一代为 5Mw, 叶轮直径 为110m。目前世界总电耗量中, 可再生能源( 包括 风能) 电仅占 14% , 风电占的比率很小。随着风电 科技的进步, 规模的迅猛发展, 风电的成本出现了下 降的趋势, 在某些应用上风电开始具有与别的能源 电相竞争了。 1 根据安装和工作的位置, 风电场( windmill farm)

4、 分为两类: 海浜( lffshore) 风电场和陆地( onshore) 风 电场。一般认为前者的效率、 潜力和发展前景优于 后者, 但其基础( 海水下面) 地质差, 安装费比后者高 20% 50% 。1999年全世界新安装的风电机中, 丹 麦出产的约占 80%。 3 欧盟的规划指出: 2020 年欧 洲总电耗量中, 可再生能源电占 12% , 而英国则占 10%。预测 2020 年世界总电耗量中, 风电占 10%, 风电机的装机容量为 120Mw, 减少 100 亿吨大气中 的 CO2。 2 112 美 国 美国风能协会( AWEA) 指出: 1998 年美国风电 总功率超过 362Mw。

5、1998 年7 月 1999 年 6月投资 超过10 亿美元, 新安装 1 300 台风电机, 紧接着建了 两个风电场, 1999 年该国风电增长 40%, 是世界第 二风能市场。FPL ENETGY LLC( 美国可再生能源项 目开发公司) 的最大项目是: 2000 年末在德克萨斯 州西部动工建 160Mw 的风电场) ) 美国第二大风 电场, 将安装 242 台风电机。该公司花 5 亿 DKr ( DKr) 丹麦克朗) 向丹麦 Vastas 公司订购了 200 台 660kw 的风电机( 2001 年交货) 。此外又预订了 600 台( 价值 20 亿 DKr) 。 4 1998、 199

6、9 年该国核电的年 增长率低于 1%, 风电增长率超过 30% , 火力电 90 年代都没有增长。今后将这样继续下去。预计 2020 年美国总供电量中, 风电约占 5%。 1 美国从南达科他州至艾奥瓦州延绵 150 英里的 布法罗里奇高原风电场( 位于玉米、 大豆田间) , 平均 风速为 15英里/ 小时, 人烟烯少, 安装着 670 台风电 机, 平均年发电量为 10 亿 kwh, 可满足 1712 万户家 庭用电需求。1988 年它的发电量为 29Mw, 1999 年 末为 520Mw。接着继续安装新机, 新装机容量为 第 3期46 纤 维 复 合 材 料No. 3 2001年 9 月FI

7、BER COMPOSITESSep. , 2001 250Mw; 还规划再投资 3 亿美元创建风电( 50Mw) 与 天然气电( 300Mw) 联合并网工程, 预计 2002 年该工 程的收入达3 000 亿美元/ 年。 5 113 欧 洲 1995 至1998 年年末和 1999 年 7 月欧盟 7 个国 家的风力电统计见表 1。1998 年欧洲各国风电机装 机容量所占比率见表 2。1999 年欧洲风电机装机容 量比 1996 年增长二倍多。许多靠海、 海岸线长的国 家侧重大力发展海滨风电场, 例如: 丹麦计划 2020 年海滨风电场装机容量达 4 000Mw, 法国规划在北 海安装10 台

8、 750kw 的大型风电机。 1 表 1 1995) 1999 年欧盟 7国风电统计*(单位: Mw) 德国丹麦 西班牙 荷兰英国瑞典 意大利 1995年末1 26054014025025013030 1996年末1 75090025030030014050 1997年末2 200 1 200400350440140100 1998年末3 250 1 600900400450230200 1999 年7 月3 530 1 750 1 250420460240250 注: * 系柱状图的测算值, 欠精确 来源: RSOE 表 2 1998 年欧洲各国风电机装机容量的比率 国家德国丹麦 西班 牙

9、荷兰英国 意大 利 瑞典 葡萄牙、 爱 尔兰、 希腊 奥地利、 芬 兰、 法国等 共计 比率 % 46221465221098 来源: 法 composites No37 p36 法国的水力资源丰富, 水电业较发达, 例如: 1998 年该国总耗电量中水电占 14%。1995 年的风 电小于 30Mw。1999 年 10 月 200Mw。预计 2000 2005年期间平均每年新装 100 台风电机( 3 叶片, 平 均功率为 800kw) , 新装机容量 80Mw。2000 年春安 装了 6 台/ 新一代0风电机 ) 法国研制的 J48 型风 轮轴与发动机轴直接连接、 盘式交流发电机( 占空间

10、 较小) 的高率风电机。法国 Eole2005 规划: 2005 年 该国新装风电机容量达 250 500Mw。该国最大的 风电 场在 Dunkirk 州的 Aude department, 功率 为 27Mw。Gulde loupe 风 电 场 分 4 片, 总 功 率 为 7165Mw。在国外有 84 台风电机, 2000 年初发电, 总 功率为50Mw。计划在北海安装 10 台 750Mw 的风电 机。法国电力部( EDF) 在国内有 3 000 个用户, 国外 有1 300个用户。法国只有 1 个 FRP 叶片公司) ) A Tout Fbtreoruse, 在法的外国风电机制造公司有

11、 5 个: Aeropac ( 荷) ; LM Glassfiber ( 丹) 、 Aeroconstruct、 Vestas; Zond( 美) 。 1 Polymarin公司( 法) 80 年代开始生产 FRP 叶片, 1985 年生产叶轮直径为 45m 的叶片( 与 1Mw 风电机 配套) 。用户有 Zibd( 美) 、 Tacke( 德) 、 Lagerwey( 荷) 和 Wenvor( 加) 等公司。2000 年采用注射模塑工艺 成型叶轮直径为 75m 的叶片( 与 115Mw 风电机配 套) 。 1 LMW Windenergy 公司( 法) 与荷兰合资, 1994 年 生产 LM

12、W ) 2500 和 LMW ) 3600 风电机, 叶轮直径 为 5m。1998 年推出 10kw 风电机。后来研制成 1 100kw 的风电机, 先后与俄、 日签订合同, 分别出售 了 60 台和 2 台风电机。 1 德国的风电业居欧洲第一( 见表 1 和表 2) , 目 前风电机超过 6 400 台, 装机容量超过 3 000Mw。 Tacke 公 司 ( Eurou Wind Corp 的分公 司) 推 出的 TW210Offshore 牌风电机, 当年平均风速为 815米/ 秒 时, 发电功率为 700kw/ 年。而 TW600a 牌风电机的 风轮直径为 46m, 启动风速只 3米/

13、 秒, 发电量大, 并 网兼容性好。Vergnet SA 生产 FRP 叶片, 其叶轮直 径从 4m( 匹配风电机的功率为 2kw) 到 26m( 200kw) 。 近来采用预浸料生产长 12165m 的叶片。 1 Lagerwey 公司( 荷) 1979 年首次推出系列风电 机。1998 年购买 WindMaster 公司。后来生产 80 800kw 的风电机。1999 年在日本 Hisai 建功率为 3Mw的风电场。推出了 LW18/ 18 牌风电机, 功率 80kw, 铰链安装的叶片, 可变速操作。该公司的最新 成果是: 叶轮直接驱动转子的 750kw 风电机) ) 没 有齿轮, 由特殊

14、结构、 整体的轴承支撑的叶轮, 与环 形发电机构成总成, 可慢速旋转的风电机, 高技术、 靓丽的外观, 电能质量和并网兼容性好, 符合现代化 风电的要求。 1 由 4 个公 司投资 400 万英镑建 立, 获欧盟 THERMIE 支持的 British Waters 海滨风电场( 位于 Northumberland 的 Blyth) , 安装着 2 台世界最大的风 电机。未来 10年英国海滨风能潜力的价值超过 25 亿英镑, 它发的电将超过该国所需电量的 3 倍。 2 114 中国石油短缺日益严重 一位日本专家来华专题实际调查的报告指出: 2000 年中国( 仅指大陆, 下同) 的能源总耗量中

15、, 电 力仅占 7%, 其中风电极小。石油短缺日益严重, 预 计 2010 年将短缺 1 亿吨石油。 6 美国5国际先驱论 坛报6指出: 国际能源机构预计, 2020 年中国进口石 油量( 主要来自中东) 将超过 800 万桶/ 日。 7 5工人 3 期董永棋: 国外风力发电机 FRP 叶片近况47 日报6指出: 要注意石油安全, 目前我国石油消耗量 中1/ 3是进口的8) 石油进口量之大令人惊愕! 2 风电机 FRP 叶片 叶片是叶轮的重要构件。叶轮是接受风能的构 件) 将风能传递给发电机的转子, 使之旋转切割 磁力线而发电。目前风电机绝大部分是三片复合材 料( FRP) 或泡沫夹芯 FRP

16、 叶片, 极少数是木质的、 FRP 蒙皮木质的或铝质的叶片。为确保在野外极恶 劣环境中, 长期不停、 安全地运转, 对 FRP 叶片的要 求有: 1) 比重轻且具有最佳的疲劳强度和机械性能, 能经受住极端恶劣条件和随机的负荷( 如: 暴风等) 的考验, 确保安全运转 10 年以上; 2) 成本( 精确地说分摊到每度电的成本) 较低 (在希腊 FRP 叶片的成本约占风电机总成本的 1/ 3) ; 3) 叶片的弹性、 旋转时的惯性及其振动频率特 性曲线都正常, 传递给整个发电系统的负荷稳定性 好; 4) 耐腐蚀、 紫外线(UV) 照射和雷击的性能好; 5) 维护费用最低。 1 211 FRP 叶片主要的原材料 增强材料: 方格布、 斜纹布、 多轴织物等, 目前欧 洲由于风电机迅猛发展, 大大刺激多轴织物的销 路。 9 粘结剂: 不饱和聚酯树脂、 环氧树脂和乙烯基酯 树脂等。目前欧洲的叶片采用环氧树脂较多。 预浸料: 叶片理想的增强材料与粘结剂相结合 的性能极