風(fēng)能是一種清潔可再生能源,取之不盡,用之不竭。預(yù)計2015年全球用電量將達到2.2PW,到2030年將達到3.0PW。如果利用10%的風(fēng)能資源的水平,那就滿足全球1/4的電力需求量。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的復(fù)合材料主要有:風(fēng)力發(fā)電機的絕緣復(fù)合材料,風(fēng)力發(fā)電葉片與機艙罩、貯能用復(fù)合材料飛輪等,風(fēng)力發(fā)電機的絕緣復(fù)合材料要求無氣隙、局放小,耐高溫、交頻電場下抗裂解性好等特點。
目前,風(fēng)力發(fā)電機機組正朝著大型化發(fā)展,風(fēng)輪直徑已突破120m,最長的葉片已做到61.5m,葉片自重達18t,大型葉片這對材料的強度和剛度提出了更加苛刻的要求,全玻璃鋼葉片已無法滿足葉片大型化,輕量化的要求。由于碳纖維的密度比玻璃纖維小約30%,強度大40%,模量高3至8倍,大型葉片采用碳纖維增強可充分發(fā)揮其高彈、輕質(zhì)的優(yōu)點。 使用CFRP,直徑為120m風(fēng)輪葉片有效減少總體自重達38%,葉片成本降低14%,并使整個風(fēng)力發(fā)電裝置成本降低4.5%。目前,中材葉片、中復(fù)連眾、南通東泰電工、GE、Vestas、Gamesa、NEG Micon、Nordex Rotor、Repower、DeWind等公司在39.2~90m的葉片上應(yīng)用了CFRP材料。未來海上風(fēng)電機組的額定功率將超過20MW、轉(zhuǎn)子直徑約200m,碳纖維能夠為海上風(fēng)力發(fā)電提供更輕質(zhì)、更抗拉力、更耐腐蝕的葉片和塔架材料。
與鋼質(zhì)飛輪相比,復(fù)合材料飛輪儲能系統(tǒng)具有飛輪重量輕、整個容積的重量輕、比較安全(轉(zhuǎn)子本身及外殼)、比能高特點,儲存同等能量的復(fù)合材料飛輪幾乎要比鋼質(zhì)飛輪輕一個數(shù)量級。碳纖維復(fù)合材料飛輪貯能技術(shù)是風(fēng)力發(fā)電得到長久發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。自1994年中科院電工所、玻璃鋼研究設(shè)計院、北京航空工業(yè)研究所開展飛輪儲能機組的研究工作,完成了2KW~10KW固定式原型機的研制,其中復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子由高強紗增強環(huán)氧樹脂圓環(huán)過渡到高強紗增強環(huán)氧樹脂內(nèi)環(huán)和碳纖維增強環(huán)氧樹脂外環(huán)的FRP復(fù)合轉(zhuǎn)子。十二五期間,國家電網(wǎng)公司為了提高風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電系統(tǒng)的利用率,著手電力貯存系統(tǒng)的研究,碳纖維復(fù)合材料飛輪也將是一個重要的開發(fā)領(lǐng)域。