风电叶片材料的演变与发展

一百多年以来，叶片除了越变越长以外，还有哪些改变？

叶片材料的演变经历三个时期：木质材料→金属材料→复合材料。

在叶片的成本中，叶片的选择对叶片综合性能的影响最明显的。最开始的叶片材料为木质叶片，布蒙皮叶片，然后是金属叶片，最后到现在比较主流的复合材料叶片。

首先，风电叶片要足够轻。在相同的风速下，更轻的叶片更容易旋转，那么其风力转换效率就会大大提高。另外，还需要高强度和高韧性，以满足几十年的服役寿命要求。最后，成本要低，因此，叶片材料的发展是一个逐步轻量化，高性能化，低成本化的漫长的筛选和开发过程。

木质叶片

早期的风力发电机组功率容量很小，因此大多采用木质叶片，但木制叶片不易扭曲成型，且强度不高，在潮湿环境下也容易腐蚀;而且随着大、中型风力发电机的发展，木质叶片越来越无法满足叶片尺寸的增加要求，因此，木质叶片逐步退出了历史舞台。

铝合金叶片

金属叶片的主要材料是铝合金。金属叶片克服了木质叶片不易扭曲加工成型的缺点，而且金属材料的价格低廉，在木质叶片之后的很长一段时间被认为是风电叶片最理想的材料。但是，也存在诸多弊端，虽然铝合金叶片重量轻、易于加工，但对于叶跟到叶尖渐缩的叶片，铝合金的加工特别困难，此外，金属材料在空气中的腐蚀问题，也对叶片的保养和后期维护提出了挑战。

纤维增强复合材料叶片

随着纤维增强复合材料原材料体系被逐步开发及应用技术的积累，长纤维增强聚合物基复合材料以其优异的力学性能、工艺性能和耐环境侵蚀性能，成为当今大型风力发电机叶片材料的首选。

这里的纤维主要有玻璃纤维和碳纤维两种，由高分子聚合物（环氧树脂，不饱和树脂等）通过特定的成型工艺加工而成。

目前较小型叶片（如22 m长）一般选用量大、价廉的玻璃纤维增强塑料，基体树脂以不饱和聚酯树脂为主；而较大型叶片（长度42 m以上）的结构设计则选用碳纤维复合材料或碳纤维与玻璃纤维的混杂复合材料，采用真空导入生产工艺，而基体树脂则以环氧树脂为主。

未来风电叶片材料具有较大发展潜力的应该是碳纤维增强乙烯基树脂?，热塑性复合材料?和生物质材料?。