风电发展状况及风电用环氧材料市场调研报告

 

查文海

（环氧树脂咨询·214011）

 

摘  要：综述了世界风电发展现状；中国风能资源及其分布；中国风电产业状况；国内风电产业发展政策；环氧材料在风力发电上的应用；风力发电机组叶片市场（国内）；风力发电机组叶片制造商和风机叶片用的环氧材料。

关键词：风力发电；叶片；环氧材料

 

0  前言

面对世界原有可利用能源日益严峻的困局，世界各国都在讨论新能源的开发利用问题。在各种各样的选择中，风力发电已逐渐成为最值得考虑的选择。风能资源是清洁的可再生能源，风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的可再生能源技术，在不远的将来有可能成为世界重要的可利用的新能源。

根据已有的经验证明风电的优点包括：(1)、利用自然界的可再生能源，干净无污染，无须燃料；(2)、运行成本低，风电机组的设计寿命约为20-25年，运行和维护的费用通常相当于机组总成本的3%-5%；(3)、建设周期短，若不计测风阶段，快者一年左右可建成。但风电的不足之处有三： (1)、选址时对自然环境(风速)要求较高，光测风阶段就要历时一年以上；风场占地面积通常在几百亩到几千亩，与火电相比，单位土地面积的发电出力相差较大(尽管风机塔架周围的土地仍可进行其它利用)；风力大的地区通常人口稀少，离电力负荷中心较远，对电网输送要求较高；(2)、出力不稳定(取决于不可控的风速)，利用小时数低(通常为2000小时/年左右)，在目前技术条件下风力发电量占电网总电量的比重不能过高(10-12%，也有人说是20%)，否则会影响电网稳定。(3)、一次性投资较火电大，上网电价高于火电、水电。

经前期风电开发工作证实风能是一种可再生、无污染的绿色能源，风能发电可以减排二氧化碳等有害物。平均每装一台单机容量为1兆瓦的风能发电机，每年可以减排2000吨二氧化碳（相当于种植1平方英里的树木）、10吨二氧化硫、6吨二氧化氮。正是由于这一特点，世界上技术发达的国家为了完成二氧化碳和温室气体减排量的定额，对风电的开发给予了高度重视。世界上风电装机规模不断增大，风电机组单机容量也不断扩大，海上风电逐步商业化。

可再生能源经过多年的发展现在已经开始在世界能源供应的战略结构中占据一席之地，越来越受到各国政府的重视。开发利用可再生能源成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分，成为大多数发达国家和部分发展中国家21世纪能源发展战略的基本选择。欧洲风能协会和绿色和平组织的《风力12：关于2020年风电达到世界电力总量12%的蓝图》正是基于此而出台的。

我国风能资源丰富，主要集中在三北地区及东部沿海风能丰富带。我国风力机的发展，在50年代末是各种木结构的布篷式风车，1959年仅江苏省就有木风车ZO多万台。到60年代中期主要是发展风力提水机。70年代中期以后风能开发利用列入“六五”国家重点项目，得到迅速发展。进人80年代中期以后，我国先后从丹麦、比利时、瑞典、美国、德国引进一批中、大型风力发电机组。在新疆、内蒙古的风口及山东、浙江、福建、广东的岛屿建立了8座示范性风力发电场。1992年装机容量已达8MW。新疆达坂城的风力发电场装机容量已达3300kw，是全国目前最大的风力发电场。至1990年底全国风力提水的灌溉面积已达2．58万亩。1997年新增风力发电10万kw。目前我国已研制出100多种不同型式、不同容量的风力发电机组，并初步形成了风力机产业。我国风电工业设计、制造、建设及管理能力的逐步提高，使我国已经具备大规模发展风电的前提条件。尽管如此，与发达国家相比，我国风能的开发利用还相当落后，不但发展速度缓慢而且技术落后，远没有形成规模。在进入21世纪后，我国加大了风能的开发利用上的投入力度，使高效清洁的风能能在我国能源的格局中占有应有的地位。

 

1  世界风电发展现状

1.1  装机规模不断扩大

世界上很多国家，尤其是发达国家，已充分认识到风电在调整能源结构、缓解环境污染等方面的重要性，对风电的开发给予了高度重视。

风电电量占世界总电量的比例逐年增加，据统计1997年－2006年全球风电装机容量年平均增长率约为25%。至2006年底，全球风电装机容量约为7422万千瓦，当年风电新增装机1500万千瓦，见图1。目前，风力发电量约占世界总电量的0.7%，预计到2020 年风力发电量比重可升至12%。

1.2  机组单机容量不断扩大

风电机组的技术沿着增大单机容量、减轻单位kW重量、提高转换效率的方向发展。据统计资

图1 1997年－2006年全球风电装机容量与平均增长率

料显示，全球MW级机组的市场份额明显增大，1997年以前还不到10%，2001年则超过一半，2002年达到62.1%，2003年达到71.4%。2003年安装的风电机组平均单机容量达到1.2MW。

更大型、性能更好的机组也已经开发出来，并投入生产试运行。如丹麦新建的几个风电场，单机容量都在2兆瓦以上；摩洛哥在北方托莱斯建造的风电场，采用的风电机组功率达到2.1兆瓦。2007年已开发出单机容量达10MW的风电机组。

1.3  主要风电设备供应商

根据有关公司年销售额的业绩，风电机组主要制造商依然集中在欧美国家。亚洲的代表为印度SUZLON能量公司及中国金风科技股份有限公司。根据丹麦BTM咨询公司2007年3月26日发布的统计报告，金风已成为世界排名第10的风机供应商。2003-2006年全球前10位风电机组供应商见表1.

 

表1  2003-2006年全球前10位风电机组供应商

 

从上表可知，Vestas在2004年成功收购NEG Micon后仍保持了较高的增长率，其市场份额一度曾扩大为34.1%；Gamesa的市场份额增长最快，从2003年的第4位跃升到2004年的第2位，市场份额曾达到18.1%；在前10位中最值得一提的是印度SUZLON公司，跃居第6位，中国的金风也向世界充分显示了它的强劲发展势头进入了十强。
1.4  海上风电场
    2002年丹麦在Horns Rev海域建成了世界上最大的海上风电场，拥有80台2MW机组，装机容量16万kW，标志着大规模的商业化海上风电场“起飞”。2003年又建成更大的近海风电场，拥有72台2.3MW机组，装机容量16.56万kW。目前，世界近海风电总装机容量为53万kW。
    德国正在北海建设近海风电场，总功率在100万千瓦，单机功率为5MW，可为6000户家庭提供用电，计划2004年投产。据国外报道，德国REpower公司5MW的机组是目前世界上最大的风力发电机，其旋翼区直径为126米，面积相当于2个足球场。发电机塔身和发电机总重量为1100吨，发电机由3片旋翼推动，每片长61.5米，旋翼最高点离地面183米。该风电场生产出来的电量之大，相当于常规电厂，而且可以在几个月的时间内建成。
    我国风电发展策略是先陆上，后海上。随着国外技术成熟，成本下降后，我国也将大规模开发海上风电。据有关报导我国第一个海上风电项目将于2009年在上海建成。
1.5  展望及预测

    国际能源署(IEA)在《世界能源展望2002》(World Energy Outlook 2002)中的预测，按照“参考情景(reference scenario)”预计，全世界风电装机远景展望如下：2010年：5500万kW；2020年：1.12亿kW；2030年：1.95亿kW。2020年时风力发电量将占世界总发电量的10%。
    欧洲风能协会和绿色和平组织签署了《风力12——关于2020年风电达到世界电力总量的12％的蓝图》的报告，期望并预测2020年全球的风力发电装机将达到12.31亿KW（是2002年世界风电装机容量的38.4倍），年安装量达到1.5亿KW，风力发电量将占全球发电总量的12％”。
    中国的风电装机容量预计到2020年达到2000万kW，按发电量计，届时风电将占中国总发电量的1%。

 

2  中国风能资源及其分布

2.1  风能资源

据有关研究成果估计，我国风能仅次于俄罗斯和美国，居世界第三位，理论储量32260GW，陆地上离地10m高可开发和利用的风能储量约为2.53亿kW(依据陆地上离地10m高度资料计算)，近海（水深不超过10米）区域，离海面10米高度层可开发和利用的风能储量约为7.5亿kW，共计10亿kW，风能资源非常丰富。

2.2  风能资源分布

我国幅员辽阔，地形条件复杂，风能资源状况及分布特点随地形、地理位置不同而有所不同。风能资源丰富的地区主要分布在东南沿海及附近岛屿以及“三北”(东北、华北、西北)地区。另外，内陆也有个别风能丰富点，海上风能资源也非常丰富。
2.2.1  “三北”(东北、华北、西北)地区

   “三北”地区包括东北3省、河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏和新疆等省／自治区近200km宽的地带，风功率密度在200―300W／m2以上，有的可达500W／m2以上，可开发利用的风能储量约2亿kW，约占全国陆地可利用储量的79%。该地区风电场地形平坦，交通方便，没有破坏性风速，是我国连成一片的最大风能资源区，有利于大规模的开发风电场。

2.2.2  东南沿海及岛屿地区

包括山东，广西和海南等省／市沿海近10km宽的地带，年有效风功率密度在200W／m2以上，沿海岛屿风功率密度在500W／m2以上，风功率密度线平行于海岸线，可开发利用储量为0.11亿kW，约占全国陆地可利用储量的4%。东南沿海及其岛屿是我国风能最佳丰富区。我国有海岸线约1800km，岛屿6000多个，大有风能开发利用的前景。

该地区经济发达，风能资源丰富，风电场接入系统方便，与水电具有较好的季节互补性。
2.2.3  内陆局部风能丰富区

在陆上除两个风能丰富带之外，风功率密度一般在100W／m2以下，可以利用小时数在3000h以下。但是在一些地区由于湖泊和特殊地形的影响，形成一些风能丰富点，如鄱阳湖附近地区、湖北的九宫山和利川以及湖南八面山等地区，适合建设零星的中小型风电场。

2.2.4  海上风能丰富区

    海上风速高，而且很少有静风期，可以有效利用风电机组发电容量。海水表面粗糙度低，风速随高度的变化小，可以降低塔架高度。海上风的湍流强度低，没有复杂地形对气流的影响，减少风电机组的疲劳载荷，延长使用寿命。一般估计风速比平原沿岸高20%，发电量增加70%，在陆上设计寿命20年的风电机组在海上可达25年到30年。
    我国海上风能资源丰富，10m高度可利用的风能资源超过7亿kW，而且距离电力负荷中心很近。随着海上风电场技术的发展成熟，经济上可行，将来必然会成为重要的可持续能源。

 

3  中国风电产业状况

3.1  中国风电现状

我国风力发电项目是国家可再生能源发展的重点之一，在国家科技部等有关部门的主持下，通过“六五”、“七五”、“八五”、“九五”的科技攻关，在原国家计委“乘风计划”和原国家经贸委“国债风电”项目的带动下，我国大型风力发电机组及其部件的设计制造方面取得很大的进展。形成了以风力发电机组总装企业为龙头、风力发电机组零部件制造厂相配套的格局；完成了以600kW风力发电机组为主导机型的国产化进程。自主研发的750kW机组已批量投放市场。“十五”期间，为了赶超国际风力发电机组设计、制造先进水平，国家科技部又投入资金支持研制开发MW级风力发电机组。具有自主知识产权的1.2MW直驱型已于2005年研制成功并投入试运行。
    特别是近两年，我国《可再生能源法》的正式实施，为风力发电创造了良好的发展环境。国家发改委《关于风电建设管理有关要求的通知》明确规定：风电设备国产化率要达到70％以上。同时，要求风电运营商与设备制造商捆绑投标，以确保项目真正达到70%国产化的要求。根据国家发改委的中长期产业规划，中国的风电装机目标为2010年完成500万千瓦，2015年完成1000万千瓦，2020年完成2000万千瓦。随着国内外风电规模的迅速发展，国内风电机组将以每年37.4%的速度递增，风力发电行业的快速发展将给风电叶片市场带来同步快速增长。

截至2007年底,我国目前风电的装机容量605万千瓦,除台湾省外累计风电机组6458台，风电场

158个,分布在22个省（市、区、特别行政区）。与2006年累计装机259.9万千瓦相比，2007年累计装机增长率为132.8%。

2006年底，在我国已有装机中，兆瓦级以下风机占绝大多数，其中最有代表性的是金风科技的600kW和750kW设备。该公司最初引进德国Jacobs公司技术，具备了600kW和750kW风机的生产能力。凭借对该技术的掌握，经历艰苦创业阶段后迅速崛起。然而，很多企业并没有获得核心技术。

目前我国风电产业开始步入快速发展阶段，见图2。（黑线为历年累计装机容量实绩，红线为国家规划量）。

图2历年累计装机容量实绩(黑线)与国家规划量(红线)

3.2  国内风力发电机组整机开发单位

（1）、新疆金凤科技:1997年引进德国Jacobs公司600kW风力发电机技术，现已产100余台（2005年数据未统计入内）。2003年开发成功750kW风力发电机，于2004年投放市场。600kW机组已完全国产化，750kW机组已60%国产化。

（2）、浙江运达:与丹麦BONUS公司合作生产120kW风力发电机，独立开发200kW、250kW机组，国产化率达90%以上，拥有完全自主知识产权。2003年开发成功750kW机组并投入运行。

（3）、西安维德:1999年与德国NORDEX公司组建合资公司，组装600kW机组。但国产化率不高。

（4）、沈阳工业大学:2005年开发成功1MW机组，与7月投入试运行。据称与特变电工组成风电合资公司，共同开发风力发电机。

（5）、北京万电公司:引进奥地利600kW风力发电机技术，已生产6台。

（6）、东方汽轮机厂:2004年11月与德国REpower公司签定1.5MW机组生产许可证合同。正在开发、生产，预计2006年3月出第一批整机。

（7）、大连重工:2004年底与德国Fuhrlander公司签定1.5MW机组生产许可证合同。正在开发、生产。

（8）、保定惠阳:2004年底与德国Fuhrlander公司签定1.0MW机组生产许可证合同。正在开发、生产。

（9）、中国火箭运载发射院:2005年6月与西班牙EHN签定合资合同。

（10）、上海电气电站集团:重组原申新风电设备公司。2005年与德国DEWIND公司签定1.25MW机组生产许可证合同。正在开发、生产。

（11）、哈尔滨哈飞威达风电设备有限公司:由哈尔滨飞机工业（集团）有限责任公司和芬兰WinWind Oy 共同出资，于2005年3月注册成立。主导产品为1MW和3MW变桨变速并网型风力发电组。其中，1MW机组已投入试运行。

（12）、重庆船舶工业公司:已于1月17日同德国Aerodyn公司签约，开发具有自主知识产权并适合中国国情的2兆瓦风力发电机组，首批样机将于2007年上半年在风场试运行。

3.3  国外风电设备商在国内的动态

(1)VESTAS公司

自收购其主要竞争对手NEG-Micon后，其在中国市场份额已高达55%。目前，VESTAS中国工厂已经取得营业执照。在天津经济技术开发区设立风电叶片生产厂，VESTAS预期在2006年上半年产出第一批产品，即长度为39米的V80型2MW风机叶片。工厂全部达产后年产量将达到约600只风电叶片。该项目总投资为2500万欧元（3000万美元）。
    (2)西班牙GAMESA公司

已准备在天津设立风力发电机总装厂。目前，暂无设立叶片工厂之相关信息。在国内主力机型为850KW机型。其技术源自VESTAS。
    (3)GE公司

收购原安然旗下风能公司后，其在全球市场占有率一路攀升，2003年一度占据全球第二位置。GE风能已在上海设立风能研发中心：整机和叶片。
    (4)西门子（SIMENS）公司

收购原丹麦BONUS风能公司后，一直还未有大的动作。
(5)印度SUZLON公司

将工厂（总装厂、控制柜厂）设于天津，暂无在国内设立叶片工厂之计划。在印度国内，其小功率叶片购买自LM印度公司，大功率叶片自制。
    (6)德国ENERCON公司

在中国台湾有装机，最大单机容量为2MW。
(7)德国REpower公司

已与东方汽轮机厂展开合作，于2004年11月签定生产许可证合同。转让其在欧洲市场十分成功的1.5MW风力发电机组MD70、MD77两种机型全部技术。
    (8) NORDEX公司

在宝马公司注资后已摆脱以前的经济困境，在中国市场大有卷土重来之势：宁夏合资公司的设立；西安维德在国内市场份额节节攀升；与保定惠腾合作生产叶片等等。

4  国内风电产业发展政策

    我国采取了一系列措施鼓励国产化，包括鼓励大型风机合资企业和技术转让的政策、国产化要求、鼓励国产化的关税优惠以及政府的研发支持。

1995年，中国开始实施“乘风计划”项目，国家计划发展委员会（现在的国家发展和改革委员会）开始倡导“政府创造需求、合资公司生产、市场有序竞争”的模式（SDPC，1996）。通过这个项目开始实施技术转让，首先国产化比率从20%开始，随着中方在学习过程中不断进步，最终达到到80%的目标（Lew, 2000）。在这个计划下，一些国外公司和中国公司为了满足这个要求，投资组建了合资公司，生产600kW或660kW风力发电机组。国家经济贸易委员会组织实施了国债风电项目，利用优惠的国债贴息贷款，使用国产风机建设风电场。国债风电项目支持了“乘风计划”。到2000年，通过国债项目建设了4个示范风电场，总装机容量达到了73MW（NREL， 2004）。但是这个“乘风计划”只取得了有限的成功，由于外国公司不能选择他们的中国合作伙伴，而是由中国政府进行选择，因此这个计划也备受指责；从中国政府认为适合风力技术的行业（主要是航空工业）中选择公司，但是这些公司没有经验或者对风机制造不感兴趣，这点与美国的情况很相似。

中国正在实践国产化要求的多种方式。在九五计划期间（1996-2000），国家发展和改革委员会在批准风电场项目时，要求这些项目所购买的风机设备至少含有40%本地生产的零部件。另外，政府发起了风电特许权项目，包含国产化比例要求，并且随时间该要求越来越严格。自从2001年项目启动以来，政府邀请了国际和国内投资商通过竞标方式来开发大型风电场（100-400MW），以降低风电成本。在2004年9月最近一次特许权项目投标中，开发商必须证明他们具有满足70%的风机国产化比例的技术能力。同时，海南省政府最近发布了300MW项目的招标，鼓励使用“技术上成熟的国产风机” (WPM, 2004年10月:32)。很明显，这些国产化要求正在促使那些愿意在中国销售风机的国外公司制定在中国制造风机的战略，以满足这些要求。很多公司都正在中国建立生产厂或组装厂，而风机部件可以分包给中国制造厂商。

早在1990年到1995年就采取对进口风机免除关税的优惠政策。由于计划建立国内风机产业，1996年中国改变了关税税则，进口完整风机的关税高于进口零部件的关税。在1998年，完全免征进口零部件的增值税附加税，而进口整套风机则没有这个优惠政策，因此两者之间的差别进一步加大。然而，1998年最新关税税则中免征进口风机的关税，但是进口主要零部件继续征收3%的关税，从而使激励政策本末倒置，由过去的鼓励国产化转变到鼓励进口外国风机(Liu et al., 2002)。现在中国又对风电整机进口征收关税。科学技术部（MOST）已向风电研发提供了多种补贴（Liu et al., 2002）。为了帮助中国风机制造厂商开发产品和技术，科技部在第9个五年计划（1996－2000）阶段资助了开发600千瓦风机的研发项目。通过此项目，样机研制完成，并通过了国家级的验收，并在风场中成功运行。中国专业部件制造厂商已经可以生产600千瓦风机的关键部件，包括叶片、齿轮箱、发电机、偏航系统以及控制系统。在863风能计划中，从2001到2005年（第10个五年计划）科技部正在支持兆瓦级风机的研发，包括变浆距和变速发电机的技术。

 

5  环氧材料在风力发电上的应用

风力发电装置最关键、最核心的部分是叶片，叶片的设计和采用的材料决定风力发电装置的性能和功率，也决定风力发电机组的成本。
    世界上风力发电叶片最大的制造商是丹麦的LM公司，该公司最大的特色是集设计、结构、空气动力、材料、工艺、制造、测试、实验和生产于一体。2002年公司销售了7237个风力发电叶片，相当于2705MW风力发电能力，占世界风力发电叶片市场份额的40%。销售总额达28.3亿丹麦克朗，较2001年销售额增加6%左右。
    复合材料在风力发电上的应用，主要是叶片、机舱（有些机组也不用复合材料）。风力发电叶片占风力发电整个装置成本的20%左右（REpower机组占23%），制造叶片的材料工艺对其成本存在决定性。因此，材料的选择，制备工艺优化对风力发电叶片十分重要。
    风力发电叶片用的材料根据叶片长度不同而选用不同的复合材料，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯树脂、玻璃纤维增强环氧树脂，并局部采用玻纤或碳纤增强环氧树脂作为主承力结构。采用玻璃纤维增强聚酯树脂作为叶片用复合材料，当叶片长度为19m，其质量为1800kg；长度增加到34m时，叶片质量为5800kg、如叶片长度达到52m，则叶片质量高达21000kg。而采用玻璃纤维增强环氧树脂作为叶片材料时，19m长度叶片的质量为1000kg，与玻璃纤维增强聚酯树脂相比，可减轻质量800kg。同样是34m长的叶片，采用玻璃纤维增强聚酯树脂时质量5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量5200kg。可见环氧材料比聚酯材料更具优越性。

 

6  风力发电机组叶片市场（国内）

6.1  国内风电发展目标

    国家发展和改革委员会规划的风电发展目标如下：

2010年累计装机容量达到400万kW（2007年底已超前实现，2007年底累计装机容量达到605万kW）。
    2015年2000万kW

2020年3000万kW

6.2  数据选取说明

机组容量选取国内引进技术比较普遍的1.5MW，综合选取1.5吨/片作为复合材料估算基准。

6.3  叶片用复合材料量估算

（1）、2008-2015年

装机共计：（2000-605）×10MW /1.5MW = 9300台

    叶片数量：9300*3 = 27900片

复合材料用量:27900×1.5=4.185万吨，平均每年约需要0.6万吨。

（2）、2015-2020年

装机共计：（3000-2000）×10MW /1.5MW = 6700台

叶片数量：6700*3 =20100片

复合材料用量: 20100×1.5=3.015万吨，平均每年约需要0.6万吨。

 

7  叶片用复合材料选用原则

由于各叶片制造厂生产的叶片规格、工艺不一样，使用的复合材料也不相同，复合材料选用目前按以下原则选择：

7.1  风机叶片的原料

目前的风力发电机叶片基本上是由聚酯树脂、乙烯基树脂和环氧树脂等热固性基体树脂与E－玻璃纤维、S－玻璃纤维、碳纤维等增强材料，通过手工铺放或树脂注入等成型工艺复合而成。

对于同一种基体树脂来讲，采用玻璃纤维增强的复合材料制造的叶片的强度和刚度的性能要差于采用碳纤维增强的复合材料制造的叶片的性能。但是，碳纤维的价格目前是玻璃纤维的10左右。由于价格的因素，目前的叶片制造采用的增强材料主要以玻璃纤维为主。随着叶片长度不断增加，叶片对增强材料的强度和刚性等性能也提出了新的要求，玻璃纤维在大型复合材料叶片制造中逐渐出现性能方面的不足。为了保证叶片能够安全的承担风温度等外界载荷，风机叶片可以采用玻璃纤维/碳纤维混杂复合材料结构，尤其是在翼缘等对材料强度和刚度要求较高的部位，则使用碳纤维作为增强材料。这样，不仅可以提高叶片的承载能力，由于碳纤维具有导电性，也可以有效地避免雷击对叶片造成的损伤。

风电机组在工作过程中，风机叶片要承受强大的风载荷、气体冲刷、砂石粒子冲击、紫外线照射等外界的作用。为了提高复合材料叶片的承担载荷、耐腐蚀和耐冲刷等性能，必须对树脂基体系统进行精心设计和改进，采用性能优异的环氧树脂代替不饱和聚酯树脂，改善玻璃纤维/树脂界面的粘结性能，提高叶片的承载能力，扩大玻璃纤维在大型叶片中的应用范围。同时，为了提高复合材料叶片在恶劣工作环境中长期使用性能，可以采用耐紫外线辐射的新型环氧树脂系统。

7.2  风机叶片的制造工艺

随着风力发电机功率的不断提高，安装发电机的塔座和捕捉风能的复合材料叶片做的越来越大。为了保证发电机运行平稳和塔座安全，不仅要求叶片的质量轻也要求叶片的质量分布必须均匀、外形尺寸精度控制准确、长期使用性能可靠。若要满足上述要求，需要相应的成型工艺来保证。
    传统复合材料风力发电机叶片多采用手糊工艺制造。手糊工艺的主要特点在于手工操作、开模成型、生产效率低以及树脂固化程度往往偏低，适合产品批量较小、质量均匀性要求较低复合材料制品的生产。因此手糊工艺生产风机叶片的主要缺点是产品质量对工人的操作熟练程度及环境条件依赖性较大，生产效率低和产品的而且产品质量均匀性波动较大，产品的动静平衡保证性差，废品率较高。特别是对高性能的复杂气动外型和夹芯结构叶片，还往往需要粘接等二次加工，粘接工艺需要粘接平台或型架以确保粘接面的贴合，生产工艺更加复杂和困难。手糊工艺制造的风力发电机叶片在使用过程中出现问题往往是由于工艺过程中的含胶量不均匀、纤维/树脂浸润不良及固化不完全等引起的裂纹、断裂和叶片变形等。此外，手糊工艺往往还会伴有大量有害物质和溶剂的释放，有一定的环境污染问题。因此，目前国外的高质量复合材料风机叶片往往采用RIM、RTM、缠绕及预浸料/热压工艺制造。其中RIM工艺投资较大，适宜中小尺寸风机叶片的大批量生产（>50,000片/年）；RTM工艺适宜中小尺寸风机叶片的中等批量生产（5,000-30,000片/年）；缠绕及预浸料/热压工艺适宜大型风机叶片批量生产。
    RTM工艺主要原理为首先在模腔中铺放好按性能和结构要求设计好的增强材料预成型体，采用注射设备将专用低粘度注射树脂体系注入闭合模腔，模具具有周边密封和紧固以及注射及排气系统以保证树脂流动顺畅并排出模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，并且模具有加热系统可进行加热固化而成型复合材料构件。其主要特点有：

⑴ 闭模成型，产品尺寸和外型精度高，适合成型高质量的复合材料整体构件（整个叶片一次成型）；

初期投资小(与SMC及RIM相比)；

⑵ 制品表面光洁度高；

⑶ 成型效率高（与手糊工艺相比），适合成型年产20，000件左右的复合材料制品；

⑷ 环境污染小(有机挥发份小于50ppm，是唯一符合国际环保要求的复合材料成型工艺)。

由此可看出，RTM工艺属于半机械化的复合材料成型工艺，工人只需将设计好的干纤维预成型体放到模具中并合模，随后的工艺则完全靠模具和注射系统来完成和保证，没有任何树脂的暴露，并因而对工人的技术和环境的要求远远低于手糊工艺并可有效地控制产品质量。RTM工艺采用闭模成型工艺，特别适宜一次成型整体的风力发电机叶片（纤维、夹芯和接头等可一次模腔中共成型），而无需二次粘接。与手糊工艺相比，不但节约了粘接工艺的各种工装设备，而且节约了工作时间，提高了生产效率，降低了生产成本。同时由于采用了低粘度树脂浸润纤维以及采用加温固化工艺，大大提高了复合材料质量和生产效率。RTM工艺生产较少的依赖工人的技术水平，工艺质量仅仅依赖确定好的工艺参数，产品质量易于保证，产品的废品率低于手糊工艺。

RTM工艺与手糊工艺的区别还在于，RTM工艺的技术含量高于手糊工艺。无论是模具设计和制造、增强材料的设计和铺放、树脂类型的选择与改性、工艺参数（如注射压力、温度、树脂粘度等）的确定与实施，都需要在产品生产前通过计算机模拟分析和实验验证来确定，从而有效保证质量的一致性。这对生产风力发电机叶片这样的动部件十分重要。

 

8  风力发电机组叶片制造商

风力发电机组叶片制造商见表2.

9 风机叶片用的环氧材料

风机叶片用的环氧材料见表3-6。