وفقًا لدراسة أجراها باحثون في مختبر ساندي الوطني، فإن مادة ألياف الكربون الجديدة يمكن أن تحقق مزايا التكلفة والأداء لصناعة طاقة الرياح إذا تم تطويرها تجاريًا.

الشفرات المصنوعة من ألياف الكربون أخف بنسبة 25 في المائة من تلك المصنوعة من ألياف الزجاج التقليدية. وهذا يعني أن شفرات ألياف الكربون قد تكون أطول من شفرات ألياف الزجاج، وبالتالي يمكنها التقاط المزيد من الطاقة عند سرعات الرياح المنخفضة. وقال براندون إينكس، إسبانيا، باحث في طاقة الرياح في مختبرات ساندي والباحث الرئيسي في المشروع، إنه بسبب مقاومة ألياف الكربون العالية للتعب، فإن استخدام ألياف الكربون يمكن أن يطيل أيضًا عمر الشفرة.

يتم تمويل المشروع من قبل مكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة ومكتب تكنولوجيا طاقة الرياح التابع لوزارة الطاقة. ومن بين الشركاء في المشروع مختبر أوك ريدج الوطني وجامعة ولاية مونتانا في بوزيمان.

من بين جميع الشركات التي تصنع توربينات الرياح، هناك شركة واحدة فقط تستخدم ألياف الكربون على نطاق واسع في تصميم شفراتها. وتعتبر شفرات توربينات الرياح أكبر هيكل مركب من قطعة واحدة في العالم، وإذا أمكن الحصول على مادة تنافس المواد المركبة المقواة بالألياف الزجاجية تجارياً، فمن المرجح أن تصبح صناعة الرياح أكبر سوق لألياف الكربون.

تشكل التكلفة أحد الاعتبارات الرئيسية في تصميم أجزاء صناعة طاقة الرياح، ولكن يجب على مصنعي التوربينات أيضًا إنتاج شفرات يمكنها تحمل أحمال الضغط والتعب، والدوران لمدة تصل إلى 30 عامًا.

أراد إينكس وإسبانيا وزملاؤه معرفة ما إذا كانت ألياف الكربون الجديدة منخفضة التكلفة التي طورها مختبر أوك ريدج الوطني قادرة على تلبية متطلبات الأداء وتكون فعالة من حيث التكلفة لصناعة طاقة الرياح. بدأت المادة كمواد أولية مستخدمة على نطاق واسع في صناعة النسيج، وتحتوي على حزم كبيرة من ألياف الأكريليك. تتبع عملية التصنيع التي تسخن الألياف لتحويلها إلى كربون الخطوة الوسيطة المتمثلة في سحب الألياف إلى الخشب. تتميز ألياف الكربون المنتجة بواسطة عملية البثق لتصنيع الصفائح بأداء عالٍ وموثوقية عالية لتصنيع الشفرات، وتزيد من القدرة الإنتاجية.

وعندما قام الفريق بدراسة ألياف الكربون منخفضة التكلفة، وجدوا أنها تتفوق على المواد التجارية الحالية في خصائص التكلفة المحددة ذات الأهمية الأكبر لصناعة طاقة الرياح.

قدمت شركة ornl عينات تطوير ألياف الكربون من منشأة تكنولوجيا ألياف الكربون الخاصة بها للمقارنة مع المواد المركبة المصنوعة من هذه المادة والمركبات المماثلة المصنوعة من ألياف الكربون المتوفرة تجاريا.

قام زملاء بوزمان في جامعة ولاية مونتانا في بوزمان بقياس الخصائص الميكانيكية لألياف الكربون الجديدة، مقارنة بألياف الكربون المتوفرة تجارياً والمركبات القياسية المصنوعة من الألياف الزجاجية. ثم قام إينيس بدمج هذه القياسات مع نتائج نمذجة التكلفة الخاصة بـ Ornl. لقد استخدم هذه البيانات في تحليل تصميم الشفرات لتقييم التأثير على النظام من استخدام ألياف الكربون الجديدة بدلاً من ألياف الكربون أو الزجاج القياسية كدعم هيكلي رئيسي للشفرات. تم تمويل الدراسة من قبل مكتب تكنولوجيا طاقة الرياح التابع لوزارة الطاقة الأمريكية.

وجد إينكس وإسبانيا وزملاؤه أن مادة ألياف الكربون الجديدة تتمتع بقوة ضغط تزيد بنسبة 56 في المائة لكل دولار عن ألياف الكربون المتوفرة تجاريًا، وهو المعيار الصناعي. بشكل عام، يزيد المصنعون التكاليف باستخدام المزيد من المواد لضبط الأجزاء لقوة ضغط أقل. بالنظر إلى التكلفة الأعلى لوحدة ألياف الكربون الجديدة، حسب إينيس أن تكلفة المواد لغطاء الجناح الجديد المصنوع من ألياف الكربون ستنخفض بنحو 40 في المائة مقارنة بألياف الكربون الجديدة. غطاء جناح ألياف الكربون هو المكون الهيكلي الرئيسي لشفرة توربينات الرياح. ألياف الكربون للاستخدام التجاري.