几十上百米长的风电叶片如何才能造得轻盈强健？_风闻
马氏体-06-09 05:33
在德意志博物馆的展厅顶上，悬吊着一个庞然大物——55米长的风力发电机叶片。它被切分出几个段落来展示，内部结构清晰可见。
叶根是叶片根部与轮毂连接的部分，承受最大的载荷。这片叶片通过叶根打孔的方式安装螺栓，更大尺寸的叶片采用在叶根预埋螺栓套筒的方式安装螺栓。
叶片上的“SIEMENS Games”字样代表它来自世界第三大风力发电机制造商——西门子歌美飒，是德国西门子负责风电业务的子公司，2016年由西门子风电与收购的西班牙歌美飒公司合并而成。
从粗壮的圆形叶根到扁平的叶尖，叶片的截面形状连续变化。
主梁，又称梁帽，是叶片的主承力结构，由复合材料制成。这片叶片使用的是玻璃纤维增强环氧树脂（俗称玻璃钢），更大的叶片则采用强度更高的碳纤维复合材料。
蒙皮构成叶片的气动外形，是玻璃钢-芯材-玻璃钢的三明治夹芯结构。从强度上讲，几毫米厚的玻璃钢即可满足要求，但为了提高蒙皮的刚度，需要夹一层轻质芯材来增加厚度。芯材为轻木或泡沫塑料。所谓轻木，又名巴沙木（balsa wood），原产于南美厄瓜多尔，密度仅150kg/m³，是世界上最轻的木材。泡沫塑料芯材包括聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等，密度比木材更低，但强度也更低。
从这个未涂装的段落中，可以更清晰地看出各部分的组成。
蒙皮的迎风面、背风面分成两片制造，预制的主梁则放入蒙皮模具内一体成型，再用胶粘剂把它们和腹板粘接到一起。在叶片的前缘可以看到两片蒙皮的接缝。在长度方向上，每片蒙皮和主梁、腹板都是一体成型的，但这里为了展示而做了切分。
1957年，德国Ulrich Hütter博士研制出世界上第一片试验性的玻璃纤维增强树脂风电叶片（下图左），代替了笨重的钢制（右）叶片。随后，首款使用玻璃纤维增强树脂叶片的StGW-34型风力发电机诞生，叶轮直径34米，额定功率100千瓦。他的工作奠定了现代风力发电机的基础。
作为现代风电叶片的代表被展出的是西门子歌美飒SWT-3.2-113型风机的叶片，3.2代表额定发电功率3.2兆瓦，113代表叶轮直径113米，叶片为B55型，每片长55米，重11.3吨。
近年来，随着风电技术的飞速发展，风力发电机越造越大，功率已达到16兆瓦，世界最长风电叶片的记录也就被不断刷新。自2021年我国实现百米级风电叶片的追赶后，有越来越多的中国企业在世界纪录中打上自己的烙印。就在2023年5月30日，全球最长的126米风电叶片在东方电气江苏叶片制造基地下线。
如今，我国不仅风电装机容量世界第一，也是世界第一大风机生产国，产量已经占到全世界的一半，在全球十大风电制造商中，我国企业占据六席。
在风电叶片方面，世界上70%的叶片由我国生产，中国建材集团有限公司（简称中建材）是世界上规模最大的风电叶片生产商（包括旗下的中材叶片和中复连众，下图为中材叶片在江苏盐城的生产基地）。
白练当空，带来清洁的电力。打造它们的是最轻盈强健的材料。
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