复合材料在风电叶片中的应用情况
思瀚产业研究院    2024-06-27

（1）复合材料行业概况

复合材料是由两种或两种以上不同性质或不同形态的原材料，通过复合工艺组合而成的一种新材料，它既保留了原组成材料的主要特色，又通过材料设计使各组成材料的性能互相补充并彼此关联，从而获得新的优越性能。

全球复合材料工业经历了长期的发展。70 年代后期，随着高新技术的发展，高硅氧纤维、碳纤维、芳纶纤维等高性能纤维及其复合材料先后得到开发和应用。复合材料以其高比强度、高比模量、优异的机械性能、较轻的质量和优良的抗腐蚀性、材料性能可设计性强等优点，在风电、航空航天、交通运输、建筑等领域得到了广泛的应用。

根据 Research and Markets 数据显示，2022年全球复合材料市场规模为 1,027.5 亿美元，预计 2028 年能够到达 1,480.8 亿美元，年复合增长率6.28%。

（2）复合材料在风电叶片中的应用情况

风电叶片是风力发电机中的核心部件，对风机效率起着关键性的作用。风电叶片在工作中要承受强大的风载荷、砂石粒子冲击、紫外线照射，工作环境较为复杂，这对风电叶片的结构和材料均提出了较高的要求。早期的风电叶片一般采用木材制备，随后出现了布蒙皮叶片、金属蒙皮叶片、铝合金叶片等。

随着联网型风力发电机的出现，风力发电进入高速发展时期，大型化的风力发电机越来越多。传统材料制造的叶片在使用时某些性能已达不到要求，复合材料则以其优异的性能在风电叶片中广泛使用，目前几乎所有的叶片均采用以复合材料为主体进行制造。复合材料叶片的主要优点如下：

①质量轻，强度高，刚度好，具有可设计性，可根据叶片受力特点设计强度与刚度，从而减轻叶片的质量；

②冲击缺口敏感性低，内阻尼大，抗振性好，抗疲劳强度高；

③耐候性好，可满足在酸、碱、水汽等各种气候环境下的使用要求；

④维护方便，使用寿命内除了每隔若干年对叶片表面进行涂漆外，一般不需要大的维修。风电叶片是高度依赖原材料的产品。根据中国复合材料学会的数据显示，叶片成本的 80%来源于原材料。

风电叶片所需的主要原材料包括树脂、纤维、芯材、粘接胶等，其合计占比超过总成本的 85%，其中树脂和纤维占比超过 60%，粘接胶与芯材占比均超过 10%。

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