“30·60”双碳背景下，作为可再生能源重要组成部分的风能将维持高速增长，市场对风电叶片的技术发展要求越来越高，叶片向大型化、轻量化方向发展，轻质高强的碳纤维是超大型叶片增强材料的必然选择。

碳纤维在风电叶片上的应用现状

  碳纤维在风电叶片中的主要应用部位为主梁，与同级别的高模玻纤主梁叶片相比，采用碳纤主梁设计的叶片可实现减重20% ～ 30%。以122 m长叶片为例，叶片重量的减轻可以大幅降低因自重传递到主机上的载荷，进而可以减少轮毂、机舱、塔架和桩基等结构部件15% ～ 20%的重量，有效降低风机10%以上的整体成本。随着碳纤维叶片强度和刚度的提升，可以减少叶片在运行时的动态变形，有效改善叶片的空气动力学性能，提升风轮的发电效率。因此，通过应用碳纤维叶片降低对轮轴和塔架的负载，风机的输出功率更加平稳均衡、运行效率更高，且碳纤维复合材料的抗疲劳性能较好，通过后评估还可以延长叶片的生命周期，降低日常维护费用等综合成本。

  根据美国Sandia国家实验室2016 — 2017年的研究预测，2021年碳纤维主梁叶片主要应用在 3 ～ 5 MW和 8 ～ 10 MW功率的机型上，其中10 MW以上机型100%使用碳纤维主梁。

  该实验室对随叶片长度增加碳纤维主梁叶片占比的变化也给出了预测，当叶片长度大于70 m时，碳纤维的渗透率达到55%，随着叶片向大型化发展，未来叶片的平均长度大概率将超过90 m甚至100 m，碳纤维的渗透率将进一步提高，这为碳纤维提供了广阔的市场空间。

碳纤维在叶片上成型技术研究进展

  碳纤维复合材料主梁的成型工艺主要有碳纤维织物真空灌注、预浸料成型和拉挤板真空灌注 3 种。碳纤维复合材料主梁真空灌注和预浸料成型工艺在叶片中应用较早，且技术较为成熟；随着叶片大型化对重量的要求越来越高，真空灌注和预浸料成型技术已不能满足未来叶片发展的需求。

更多内容，请关注《纺织导报》2022年第5期“碳纤维在风电叶片中的应用进展”一文。