叶片是风力发电机组有效捕获风能的关键部件。其设计与选材决定着风力发电装置的性能与功率，是保证机组正常稳定运行的重要因素，生产成本也占到了风机设备的20%~30%。因此，提高叶片的综合性能、降低发电成本对叶片的设计和选材提出了更高的要求。

　　在发电机功率确定的条件下，如何提高发电效率，以获得更大的风能，一直是风力发电追求的目标，而捕风能力的提高与叶片的形状、长度和面积有着密切的关系，叶片尺寸的大小则主要依赖于制造叶片的材料。叶片的材料越轻、强度和刚度越高，叶片抵御载荷的能力就越强，叶片就可以做得越大，它的捕风能力也就越强。因此，轻质高强、耐久性好、具有可设计性的复合材料成为目前大型风力发电叶片的首选材料。

　　近几年，随着全球风力发电市场的逐渐成熟，大型风力发电机相继出现。在复合材料风力发电叶片的研究开发过程中，德国、丹麦、美国、英国等风能资源利用较好的国家针对大型叶片的材料体系、外形设计、结构设计、在线实时监测和废弃物处理作了大量的研究开发工作，并取得了丰硕的成果。无论是陆地发电，还是海上发电，每千瓦时的发电成本均随着发电机单机容量的增加而下降，发电装备的大型化已经成为风力发电的发展趋势。

　　目前商业化风力发电所用的电机容量一般为1.15MW～2.0MW，与之配套的复合材料叶片长度大约30～40米。据资料显示，现今世界上最大的风力发电机的装机容量为5MW，旋转直径可达126.3米。丹麦的LM公司为此装备配套研制了61.5米长的复合材料叶片，单片叶片的重量接近18吨，成为世界最大的复合材料叶片“巨人”。这一实例成功地体现了材料、结构和工艺的三者的完美结合。■ 王然（南京工业大学教授）

　　大型复合材料叶片的外形尺寸与其制造模具有着极其密切的关系。为保证复合材料叶片设计外形和尺寸精度，叶片长度越长，成型时对模具刚度和强度的要求就越高，模具的重量和成本也会大幅度提高。但随着叶片尺寸的不断增加，其生产和制造过程中产生了一些在以往的中小型叶片生产中未曾碰到过的新问题，需要及时应对。

　　问题：树脂固化时间太长

　　真空树脂导入模塑法(VIP)在众多叶片成型工艺中的优越性逐渐显现，具有投入少、操作简单、工作环境好、制品性能好等诸多优点，目前在叶片制造领域正获得越来越广泛地应用。传统VIP工艺中，一般先把树脂、促进剂、固化剂等按比例混合好，然后开始真空吸注。这种方法用在一般尺寸的制件上没有问题，但在制造例如叶片等大尺寸复合材料构件时，由于吸胶注胶的时间较长，如控制不好很容易出现树脂未注完即凝胶的现象。在用胶量较大时，桶中配好的胶液还可能发生爆聚。

　　应对：安装混合装置

　　为防止此类情况发生，可考虑设计一种树脂和固化剂的混合装置，吸注前树脂和固化剂分别在不同的容器内，吸注时树脂与固化剂实时混合实时吸注，从而可避免爆聚和过快凝胶，即增加了生产安全性，同时也节省了原材料的用量。

　　问题：叶片固化周期较长

　　在叶片的生产过程中，由于模具尺寸巨大，一般无法采用烘箱等传统的外部加热方式对其进行升温固化，生产一般只是在室温下进行，这就造成叶片固化周期较长，难以进行较连续化的生产。解决办法是叶片在模具上基本成型后即脱模，然后在室外利用光照进行后固化处理。当前很多企业采用的都是这种叶片生产方式，如国内叶片的领军企业中航保定惠腾等。但这种方式也有其先天不足，生产受制于天气并且制品脱模前存在模具中的时间较长，会影响生产效率。

　　应对：模具内安置热源

　　可考虑在模具中内置热源，如铺设流体加热管路或电热布等，通过内置热源对模具的加热来实现叶片的快速固化。采用内置热源的叶片模具后放宽了叶片生产对气候的要求，可以在南方建立叶片生产基地，在全国构建起更加合理的叶片产业格局。

　　问题：叶片长途运输难度大

　　世界上所有风电叶片都是采用整体模具生产的。这种模具尺寸、重量巨大，叶片生产只能在生产基地进行，因此其运输问题日益突出：一方面出于安全考虑，世界各国铁路、公路管理部门对运载货物的长度、高度等都是有限制的，风力发电机组的叶片和塔架长度在几十米或更长，机舱罩一般在3米或更高，塔架下法兰直径超过3米，这些都属于超限范围；另一方面我国风电场分布非常广泛，很多位置偏远、交通不便，建造风电场时大型叶片运输成本非常高昂，有些地区甚至根本无法送达。

　　应对：组合模具制造叶片

　　可以考虑采用组合模具来制造叶片，即把风电叶片成型模具设计成可拆装、易运输的组合模具，通过普通公路或铁路运输把模具、工装、重要部件和原材料运抵大型风电场附近，快速搭建简易工房，在风电场现场进行叶片制造。

　　问题：退役叶片处理难

　　风力发电是可持续的产业之一，但目前使用的复合材料叶片属于不可回收材料，这已成为复合材料叶片最大的隐忧。采用热固性树脂生产的复合材料叶片，目前的工艺水平难以对其回收再利用，一般的处理仅仅是在露天堆放，随着风电叶片的尺寸越来越大，数量激增，这些叶片退役后给环境造成的影响不可忽视，这与目前倡导可持续发展的宗旨也是相违背的。

　　应对：采用生物质原材料

　　针对这一问题，目前的发展趋势：是对叶片的增强材料进行改进，如采用生物质材料，即采用木材与树脂复合，通过积层制作叶片。有资料显示称，目前的分级竹篾层积材料比模量已超过玻纤增强的复合材料，比强度也达到与其相同的数量级，但竹篾积层材料虽减少了树脂用量，仍需要使用热固性树脂，只能治标而不能治本。

　　最彻底的解决方式还是发展可回收利用的热塑性复合材料叶片，这方面的研究目前也取得了一定成果。爱尔兰Gaoth Tec Teo公司、日本三菱重工、美国Cyclics公司签署了合作协议开发热塑性复合材料叶片，并已采用玻璃纤维增强Cyclics公司的低粘度热塑性CBT®；树脂制造出世界上首个12.6m可循环利用风电叶片。这种叶片退役后，每套叶片回收的材料平均可达到19t，这是一个史无前例的数据。但在更大尺寸叶片的制造上，这种热塑性树脂目前的性能可能还不是很理想。目前上述几家公司正在研制30米以上的叶片，但这种“绿色叶片”究竟能否在大型风力发电机上获得广泛应用还有待时间来验证。