샌디아 국립연구소의 연구자들이 주도한 연구에 따르면, 새로운 탄소 섬유 소재가 상업적으로 개발된다면 풍력 에너지 산업에 비용 및 성능 측면에서 이점을 가져다 줄 수 있을 것으로 보인다.

탄소 섬유로 만든 블레이드는 기존 유리 섬유로 만든 블레이드보다 25% 가볍습니다. 즉, 탄소 섬유 블레이드는 유리 섬유 블레이드보다 더 길 수 있으므로 더 낮은 풍속에서 더 많은 에너지를 포착할 수 있습니다. Sandia Laboratories의 풍력 에너지 연구원이자 이 프로젝트의 수석 연구원인 스페인의 Brandon Enix는 탄소 섬유의 높은 피로 저항성 때문에 탄소 섬유를 사용하면 블레이드의 수명도 연장할 수 있다고 말했습니다.

이 프로젝트는 에너지 효율성 및 재생 에너지 사무소와 에너지부 풍력 에너지 기술 사무소에서 자금을 지원합니다. 이 프로젝트의 파트너로는 Oak Ridge National Laboratory와 Bozeman의 Montana State University가 있습니다.

풍력 터빈을 만드는 모든 회사 중에서 단 하나만이 블레이드 설계에 탄소 섬유를 광범위하게 사용합니다. 풍력 터빈 블레이드는 세계에서 가장 큰 단일 조각 복합 구조이며, 유리 섬유 강화 복합 재료와 경쟁하는 재료를 상업적으로 얻을 수 있다면 풍력 산업이 탄소 섬유의 가장 큰 시장이 될 가능성이 큽니다. 스페인 에닉스.

비용은 풍력 에너지 산업의 부품 설계에서 중요한 고려 사항이지만, 터빈 제조업체는 최대 30년 동안 회전하면서 압축 및 피로 하중을 견딜 수 있는 블레이드를 생산해야 합니다.

Enix, Spain과 그의 동료들은 Oak Ridge National Laboratory에서 개발한 새로운 저비용 탄소 섬유가 성능 요구 사항을 충족하고 풍력 에너지 산업에 비용 효율적일 수 있는지 알아보고자 했습니다. 이 소재는 섬유 산업에서 널리 사용되는 전구체로 시작되었으며, 아크릴 섬유의 큰 묶음을 포함하고 있습니다. 섬유를 가열하여 탄소로 만드는 제조 공정은 섬유를 목재로 끌어당기는 중간 단계가 뒤따릅니다. 시트 제조 풀트루전 공정으로 생산된 탄소 섬유는 블레이드 제조에 높은 성능과 신뢰성을 제공하며 생산 용량을 증가시킵니다.

연구진은 저가 탄소 섬유를 연구한 결과, 이 섬유가 풍력 에너지 산업이 가장 관심을 갖는 특정 비용 특성에서 기존 상업용 소재보다 성능이 우수하다는 것을 발견했습니다.

ORNL은 탄소 섬유 기술 시설에서 탄소 섬유 개발 샘플을 제공하여 이 소재로 만든 복합재 및 상업적으로 판매되는 탄소 섬유로 만든 유사한 복합재와 비교했습니다.

Montana State University-bozeman의 Bozman 동료들은 새로운 탄소 섬유의 기계적 특성을 상업적으로 이용 가능한 탄소 섬유 및 표준 유리 섬유 복합재와 비교하여 측정했습니다. 그런 다음 Ennis는 이러한 측정 결과를 ORNL의 비용 모델링 결과와 결합합니다. 그는 이 데이터를 블레이드 설계 분석에 사용하여 블레이드의 주요 구조적 지지대로 표준 탄소 또는 유리 섬유 대신 새로운 탄소 섬유를 사용하는 시스템에 미치는 영향을 평가했습니다. 이 연구는 미국 에너지부 풍력 에너지 기술 사무소에서 자금을 지원했습니다.

스페인의 에닉스와 그의 동료들은 새로운 탄소 섬유 소재가 상업적으로 이용 가능한 탄소 섬유, 즉 산업 벤치마크보다 달러당 56% 더 높은 압축 강도를 가지고 있다는 것을 발견했습니다. 일반적으로 제조업체는 더 낮은 압축 강도에 맞게 부품을 조정하기 위해 더 많은 소재를 사용하여 비용을 증가시킵니다. 새로운 탄소 섬유의 더 높은 단위 비용을 고려하여 에니스는 새로운 탄소 섬유 윙 캡의 재료 비용이 새로운 탄소 섬유에 비해 약 40% 감소할 것이라고 계산했습니다. 탄소 섬유 윙 빔 캡은 풍력 터빈 블레이드의 주요 구조적 구성 요소입니다. 상업적 용도의 탄소 섬유.