世界风能及其叶片材料发展概况与趋势

简述了世界风能及其风力发电叶片和材料的发展概况和趋势,提出了我国的差距和未来发展的建议。

世界风能及其叶片材料发展概况与趋势

罗益锋

（全国特种合成纤维信息中心，北京 100025）

摘 要：　简述了世界风能及其风力发电叶片和材料的发展概况和趋势，提出了我国的差距和未来发展的建议。关键词：　风能；叶片材料；发展概况；趋势中图分类号：　TK83

文献标识码：　A

文章编号：　1007-9815（2003）05-0001-07

引　　言

风能即风力发电，较早是由美国大风力发电

厂Charles Brush 1887 公司于年实现的，所用叶片为φ17m，可产生12kW 的电能，而今正在开发的世界最大的风能叶片为φ123m，可以产生 5MW 6MW 的电能，并将进一步开发的更大风能涡轮机。作为叶片的材料，随着其叶片的大型化，由最初的木制品逐步过渡到玻璃钢，而今采用碳纤维复合材料（CFRP）的超大型叶片的发电机组正在蓬勃兴起。风能所占的比例至 2002 年底约为世界总电能供应量的 0.4%，到2010 年预期将增加 20 2020 倍，而至年将达到世界总电能供应量的 12%。

影响风能发展的主要因素为：① 政府的环保1.176 8×1010 t，势将危害人类生存的环境，包括导致地球臭氧层的破坏和产生温室效应；② 绿色和平组织的推动；③ 叶片材料的开发，主要朝大型化和轻量化的方向发展，因为考虑到风速随叶片的放置高度恒速增加，一般须置于高混凝土或钢制塔上，因此质量太大不仅安装难度大，而且不利于大型化和高效发电，为此除选用 CFRP 外，一般还要采用三明治型的复合结构材料，内层夹有铝或芳酰胺纤维、碳纤维的蜂窝结构材

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CFRP 等叶片虽然发电效率高和成本低，但一次投入大，所以在碳纤维生产规模还不够大、价格较贵的情况下，现多采用碳纤维和玻璃纤维的混杂复合材料。

以下具体详述风能及其关键材料的发展概况和今后的发展趋势和展望。

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１　　风能发展概况和趋势

风能目前被认为是可再生能源中最具活力的一种。根据丹麦 BTM 咨询机构的看法，它有可能改变人类长期依赖于地下挖掘的矿物和核燃料。到 2002 年底世界累积的风力发电设备导入量为 6.1×104 3.2台，总发电容量为×107 kW，今后每台设备的发电量将由 500－750kW 1 000扩大至外事件发生，今后 5 5.1年的总需求量为×104 MW。年均增长率为11.2%，即到2007 年底风力发电总能力累积将达到 8.3×104 MW，其中5.8×104MW 2002 是在欧洲，而年底的世界总能力为3.112 7×10 MW中，欧洲占75%，美国占 15%，其余为10%，具体按国别的风电能力如表 1 所示。到 2007 年后其年增长率将加速，这是由于风能的经济性将获得改善，可以灵活的方式递交京都承诺书以及电力消耗将增加所致。到

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政策，因为到 2020 CO年全球所排放的将达到－2 000kW。据BTM 2007 预测，到年间如无意2

料；④ 风能的价格是至关重要的因素，采用大型2012 2.4年其年装机容量可望达到×104 MW，届

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高科技纤维与应用

表1 世界各国的风能发电能力

年 份

美国

加拿大

北美部和

德国 8 754 3 24712 001葡萄牙131 63194挪威178097匈牙利112

西班牙3 3371 4934 830法国 93 52145乌克兰41 344112

丹麦*2 489 4972 880奥地利 94 45139波兰22 527101

第二十八卷

荷兰*486217688比利时321244土尔其19 019123112235

意大利682103785爱尔兰124 13137拉脱维亚 22224

2001年底总和2002年增加2002年底总和

年 份2001年底总和2002年增加2002年底总和

年 份2001年底总和2002年增加2002年底总和

年 份2001年底总和2002年增加2002年底总和

年 份2001年底总和2002年增加2002年底总和

4 275 984 473 410 40 4504 685英国*474 87552芬兰39 241捷克共和国

6.80.27 印度1 507 1951 702

俄国707日本275140415238 瑞典

293

35328卢森堡

4 923希腊272 4276欧洲总和17 315 5 87123 056瑞士505中国400 68468

爱沙尼亚罗马尼亚其它欧洲总和

埃及、摩洛哥、哥

澳大利亚斯达利加、巴西、其它总和世界总和

阿根廷、及其它 72 32104

225(预测)225(预测)

2 479 4352 914

24 390 6 86831 128

*2001 年底和 2002 6 738MW年底间的差额为。130MW 166MW的偏差是由于在丹麦（）、荷兰（15MW）和英国（9MW）

时总发电能力将达到 1.77×105 MW，这样风能将渗入世界总电力市场的 2%，到2020 年预计将扩大至 12%。

风力发电的电价在近 20 多年来也呈喜剧性的下降，从 1980 30 /kWh年代初的美分，下降至 2001 4 /kWh年的美分，有少数的长期合同则以3美分/kWh 签约。这说明随着科技和新材料的发展，其电价正逐步朝可接收的方向发展，这就是风能有发展前途的重要原因，因为顾客愿为环境效益而额外付出是有限度的。

发展。世界大型风力涡轮机市场据预测将以年均

10

24.3% 2007 1.6的速率增长，到年将达到×10 美元，其中新建的大型风力发电能力将占当年世界已建装置的 24%，这是商业通信公司（BBC）的预测。

MW 级或更大型的涡轮机现由丹麦、德国、印度、意大利、日本、西班牙和美国生产。在海岸线投资的项目，大体在1×106－2×106 美元左右，在未来 5a GW 内数十级的风能项目将投入运行。

根据美国风能协会（AWEA）介绍，目前由于天然气费用上涨，现美国每天缺少9×106－1.2

3×107 m 的天然气，因此只能靠风能来缓解。据

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２　　风力涡轮机及其材料的发展概况

和趋势

２．１　　风能涡轮机

总的来说，风力涡轮机正朝着大型化的方向

称在未来 4a 里美国的风力涡轮机群每天将能生产

相当于9×106 m3 的天然气。如果天然气的价格

在 4 /kWh

美元的范围，则美国经济上具有竞争

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第五期 - 3 -罗益锋：世界风能及其叶片材料发展概况与趋势力的风能约为6×10 MW 的范围。

最近，美国德克萨斯风场已将 160 台风力涡轮机的供应订单合同交给了日本三菱重工公司。这项新设计预期将有助于该场多生产比一般用较

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小风力涡轮机的风场约 15% 的年产电力。

技术的不断改进和涡轮机朝经济规模的发

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度，因此迄今为止仍在使用，尤其对较小的叶片。但是玻纤也已被新的工艺技术所采纳，因为叶片生产厂家已转向密闭模塑、树脂浸渍和高温高压压力容器的方法，这些方法是由航天工业输入的。今天玻纤可以 CSM、CRM、粗纱（可短切用于铺层用途）、单向或多轴向缝编和机织

物、预成型体、预浸料和半预浸料购得。连续长展，无 疑将降低风能价格并推进其发展，因此风

力涡轮机正由 1MW 2.5MW 向方向发展，将来预丝束是织物的基础，其中可达到特定的纤维取

期将达到5－6MW。目前风力发 …… 此处隐藏：11065字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……