一、葉片朝大型化、輕量化、高效率方向發(fā)展

    二、可選擇的復(fù)合材料原材料品種多樣

    1、葉片用樹脂基體

    1）不飽和聚酯樹脂工藝性良好，價格低，在中小型葉片的生產(chǎn)中占有絕對優(yōu)勢，但固化時收縮率大，放熱劇烈，成型時有一定的氣味和毒性。
    2）環(huán)氧樹脂具有良好的力學(xué)性能，耐化學(xué)腐蝕性能和尺寸穩(wěn)定性，是目前大型風(fēng)電葉片的首選樹脂，缺點(diǎn)是成本較高。
    3）乙烯基樹脂性能介于二者之間，目前在大型葉片中應(yīng)用較少，隨著各廠家對成本的要求越來越高，乙烯基樹脂可能會進(jìn)入兆瓦級葉片的選材。

    2、葉片用增強(qiáng)材料

    3、碳纖維材料在大型葉片中具有較好的應(yīng)用前景

    采用碳纖維，可增加葉片臨界長度，提高葉片剛度，減輕葉片重量。研究也表明，添加碳纖維所制得的風(fēng)機(jī)葉片質(zhì)量比玻璃纖維的輕約30％，以目前的成本估算，成本增加可控制在30％以內(nèi)。

    4、碳纖維在葉片中應(yīng)用的主要部位

    碳纖維在風(fēng)電葉片中應(yīng)用實(shí)例

    5、葉片材料的新發(fā)展——熱塑性復(fù)合材料應(yīng)用

    *與環(huán)氧／玻纖復(fù)合材料大型葉片相比較，若采用熱塑性復(fù)合材料葉片，每臺大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)所用的葉片重量可降低10％，抗沖擊性能大幅度提高，制造成本至少降低1／4，制造周期至少降低1／3，且可完全回收和再利用。
    *愛爾蘭Gaoth風(fēng)能公司與日木三菱重工及美國Cyclics公司正在探討如何共同研制低成本熱塑性復(fù)合材料葉片。
    *LM G1asfibre公司正開展此項研究，目的是用玻璃鋼、碳纖維和熱塑材料的混合紗絲制造葉片，這可能會使葉片的生產(chǎn)時間縮短50％。
    *安全快捷地制造“綠色”的復(fù)合材料葉片正期待著復(fù)合材料葉片制造商去實(shí)現(xiàn)。

    三、葉片設(shè)計技術(shù)不斷進(jìn)步

    葉片設(shè)計分為氣動設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩大階段，通常這兩階段不是獨(dú)立的，而是一個迭代的過程。風(fēng)輪葉片的優(yōu)化設(shè)計要滿足的目標(biāo): 年輸出功率最大化；最大功率限制輸出；振動最小化和避免出現(xiàn)共振；材料消耗最小化；葉片結(jié)構(gòu)滿足適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度要求和剛度要求；保證葉片結(jié)構(gòu)局部和整體穩(wěn)定性。

    1、翼型是葉片設(shè)計的基礎(chǔ)

    國內(nèi)缺乏相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，國外典型翼型和優(yōu)勢如下：
    1）美國Seri和NREL系列， Seri系列對翼型表面粗糙度敏感性低。
    2）丹麥RISO—A系列，在接近失速時具有良好的失速性能且對前緣粗糙度敏感性低；
    3）瑞典FFA．W系列，該系列具有良好的后失速性能。丹麥LM公司已在大型風(fēng)機(jī)葉片上采用瑞典FFA．且該翼型將會在風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計中廣泛應(yīng)用。
    4）荷蘭DU系列和其它。

    目前所能利用的典型風(fēng)力機(jī)翼型特性

    2、通過氣動外形優(yōu)化，大幅提高氣動效率

    通過改進(jìn)葉片外形型面，改進(jìn)空氣動力和葉片受力狀態(tài)，增加可靠性和對風(fēng)能捕獲量。

    1）優(yōu)化葉片根部翼型

    Enercon司為抑制生成擾流和旋渦在葉片端部安裝“小翼”，為改善和提高渦輪發(fā)電機(jī)主艙附近的捕風(fēng)能力，對葉片根莖進(jìn)行重新改進(jìn)，縮小葉片的外形截面，增加葉徑長度；對葉片頂部和根部之間的型面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，Enercon公司在其71m的2MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，改進(jìn)后葉片根部的捕風(fēng)能力得以提高。在4.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計中繼續(xù)采用此項技術(shù)，旋轉(zhuǎn)直徑為112m的葉片端部仍安裝有傾斜“小翼”，使得葉片單片的運(yùn)行噪音小于3個葉片(旋轉(zhuǎn)直徑為66m)運(yùn)行時產(chǎn)生的噪音。

    2）細(xì)長形葉片設(shè)計

    丹麥LM公司提出了“Future Blade”的概念，且已在其54m和61.5m巨型葉片上使用了這種設(shè)計概念。LM公司研發(fā)部經(jīng)理Frank V．Nielsen認(rèn)為未來葉片設(shè)計的關(guān)鍵已從效率最大化轉(zhuǎn)移到能量成本(COE)最優(yōu)化，葉片將會更加細(xì)長，這種設(shè)計技術(shù)將會降低葉片載荷，葉片質(zhì)量分布更加優(yōu)化。

    3）柔性和預(yù)彎設(shè)計是目前大型號葉片中廣泛采用的設(shè)計技術(shù)

    葉尖采用“柔性”設(shè)計理念進(jìn)行設(shè)計，葉尖輕微彎曲。 降低了葉片風(fēng)壓和風(fēng)機(jī)的驅(qū)動扭矩，并最大限度捕獲所有可用風(fēng)速范圍內(nèi)的風(fēng)能，包括邊緣的低風(fēng)速區(qū)域，比傳統(tǒng)的葉片捕風(fēng)能力提高了5～10％。

    四、復(fù)合材料制造工藝進(jìn)步，促進(jìn)了葉片的技術(shù)發(fā)展

    1、濕法手糊成型：增強(qiáng)材料浸膠，一層一層地緊貼在模具上，手動趕出氣泡/真空壓實(shí)。

    2、預(yù)浸料成型：提高性能、降低重量

    預(yù)浸料成型方法是按設(shè)計要求的鋪層順序先將預(yù)浸料鋪放在模具內(nèi)，然后用真空袋將尚未成型的制件密封，抽真空，以排除在鋪層內(nèi)的氣泡、揮發(fā)分和袋內(nèi)的空氣，按最佳的固化工藝參數(shù)在熱壓罐內(nèi)固化成型葉片。對于40m以上葉片，VESTAS和GAMESA仍使用預(yù)浸料工藝。

    3、真空灌注成型（RIM）：提高性能、降低制造成本

    先將纖維織物等增強(qiáng)材料鋪放在模腔里，然后抽真空，樹脂基體在真空壓力的作用下被導(dǎo)入模腔浸漬增強(qiáng)材料。