Согласно исследованию, проведенному учеными из Национальной лаборатории Сандия, новый материал из углеродного волокна может обеспечить преимущества в плане стоимости и производительности для ветроэнергетической отрасли в случае его коммерческой разработки.

Лопасти из углеродного волокна на 25 процентов легче, чем те, что сделаны из традиционного стекловолокна. Это означает, что лопасти из углеродного волокна могут быть длиннее, чем лопасти из стекловолокна, поэтому они могут улавливать больше энергии при более низких скоростях ветра. Брэндон Эникс, Спейн, исследователь ветроэнергетики в Sandia Laboratories и ведущий исследователь проекта, сказал, что из-за высокой усталостной прочности углеродного волокна использование углеродного волокна также может продлить срок службы лопасти.

Проект финансируется Управлением энергоэффективности и возобновляемых источников энергии и Управлением технологий ветровой энергии Министерства энергетики. Партнерами проекта являются Национальная лаборатория Оук-Ридж и Университет штата Монтана в Бозмене.

Из всех компаний, которые производят ветряные турбины, только одна широко использует углеродное волокно в конструкции лопастей. Лопасти ветряных турбин являются крупнейшей в мире цельной композитной конструкцией, и если материал, который может конкурировать с армированными стекловолокном композитами, может быть получен в коммерческих целях, ветряная промышленность, вероятно, станет крупнейшим рынком для углеродного волокна. Enix, Испания.

Стоимость является одним из основных факторов при проектировании деталей для ветроэнергетической отрасли, однако производители турбин также должны изготавливать лопасти, способные выдерживать нагрузки сжатия и усталости, вращаясь до 30 лет.

Эникс, Спейн и его коллеги хотели проверить, смогут ли новые недорогие углеродные волокна, разработанные Национальной лабораторией Ок-Ридж, соответствовать требованиям к производительности и быть экономически эффективными для ветроэнергетической отрасли. Материал начинался как прекурсор, широко используемый в текстильной промышленности, содержащий большие пучки акриловых волокон. За производственным процессом, в ходе которого волокна нагреваются для превращения их в углерод, следует промежуточный этап протягивания волокон в древесину. Углеродное волокно, произведенное методом пултрузии листов, обладает высокой производительностью и надежностью для производства лопастей и увеличивает производственную мощность.

Когда группа исследователей изучала недорогие углеродные волокна, они обнаружили, что они превосходят существующие коммерческие материалы по определенным стоимостным характеристикам, представляющим наибольший интерес для ветроэнергетической отрасли.

Компания ORNL предоставила образцы углеродного волокна, полученные на ее предприятии по производству углеродных волокон, для сравнения с композитами, изготовленными из этого материала, и аналогичными композитами, изготовленными из имеющихся в продаже углеродных волокон.

Коллеги Боцмана из Университета штата Монтана-Боцман измерили механические свойства новых углеродных волокон, сравнив их с коммерчески доступными углеродными волокнами и стандартными стекловолоконными композитами. Затем Эннис объединил эти измерения с результатами моделирования затрат ORNL. Он использовал эти данные в своем анализе конструкции лопасти, чтобы оценить влияние на систему использования новых углеродных волокон вместо стандартных углеродных или стеклянных волокон в качестве основной структурной поддержки лопастей. Исследование финансировалось Управлением по технологиям ветроэнергетики Министерства энергетики США.

Эникс, Спейн и его коллеги обнаружили, что новый материал из углеродного волокна имел прочность на сжатие на 56 процентов на доллар больше, чем коммерчески доступное углеродное волокно, отраслевой эталон. Как правило, производители увеличивают затраты, используя больше материалов для регулировки деталей для снижения прочности на сжатие. Учитывая более высокую стоимость единицы нового углеродного волокна, Эннис подсчитал, что стоимость материала нового углеродного волокна крыла будет снижена примерно на 40 процентов по сравнению с новым углеродным волокном. Углеродное волокно крыла-балки является основным структурным компонентом лопасти ветряной турбины. Углеродное волокно для коммерческого использования.