Sandia Ulusal Laboratuvarı araştırmacılarının öncülüğünde yapılan bir araştırmaya göre, yeni bir karbon fiber malzeme ticari olarak geliştirildiğinde rüzgar enerjisi sektörüne maliyet ve performans avantajları sağlayabilir.

Karbon fiberden yapılan kanatlar, geleneksel cam fiberden yapılan kanatlardan % daha hafiftir. Bu, karbon fiber kanatların cam fiber kanatlardan daha uzun olabileceği ve böylece daha düşük rüzgar hızlarında daha fazla enerji yakalayabileceği anlamına gelir. Sandia Laboratuvarları'nda rüzgar enerjisi araştırmacısı ve projenin baş araştırmacısı olan İspanya'dan Brandon Enix, karbon fiberin yüksek yorulma direnci nedeniyle karbon fiber kullanımının kanat ömrünü de uzatabileceğini söyledi.

Proje, Enerji Verimliliği ve Yenilenebilir Enerji Ofisi ve Enerji Bakanlığı'nın Rüzgar Enerjisi Teknolojisi Ofisi tarafından finanse ediliyor. Projedeki ortaklar arasında Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı ve Bozeman'daki Montana Eyalet Üniversitesi yer alıyor.

Rüzgar türbinleri üreten tüm şirketler arasında yalnızca biri kanat tasarımında karbon fiberi yoğun olarak kullanır. Rüzgar türbini kanatları dünyanın en büyük tek parça kompozit yapısıdır ve fiberglas takviyeli kompozitlerle rekabet eden bir malzeme ticari olarak elde edilebilirse, rüzgar endüstrisinin karbon fiber için en büyük pazar olması muhtemeldir. Enix, İspanya.

Rüzgar enerjisi sektöründe parça tasarımında maliyet önemli bir husustur, ancak türbin üreticilerinin ayrıca 30 yıla kadar dönebilen, basınç ve yorulma yüklerine dayanabilen kanatlar üretmeleri gerekir.

Enix, Spain ve meslektaşları, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı tarafından geliştirilen yeni, düşük maliyetli karbon fiberlerin performans gereksinimlerini karşılayıp karşılayamayacağını ve rüzgar enerjisi endüstrisi için maliyet etkin olup olmayacağını görmek istediler. Malzeme, büyük akrilik elyaf demetleri içeren, tekstil endüstrisinde yaygın olarak kullanılan bir öncül olarak başladı. Elyafları karbona dönüştürmek için ısıtan üretim sürecini, elyafları ahşaba çekme ara adımı takip eder. Sac üretim pultrüzyon süreciyle üretilen karbon fiber, kanat üretimi için yüksek performans ve güvenilirliğe sahiptir ve üretim kapasitesini artırır.

Ekip düşük maliyetli karbon elyafları incelediğinde, bunların rüzgar enerjisi sektörünün en çok ilgi duyduğu belirli maliyet özellikleri açısından mevcut ticari malzemelerden daha iyi performans gösterdiğini buldu.

ORNL, karbon fiber teknolojisi tesisinden karbon fiber geliştirme numuneleri sağladı ve bu numuneleri, bu malzemeden üretilen kompozitlerle ve ticari olarak temin edilebilen karbon fiberlerden üretilen benzer kompozitlerle karşılaştırdı.

Bozman'ın Montana Eyalet Üniversitesi-Bozeman'daki meslektaşları, ticari olarak temin edilebilen karbon fiberler ve standart fiberglas kompozitlerle karşılaştırılan yeni karbon fiberlerin mekanik özelliklerini ölçtüler. Ennis daha sonra bu ölçümleri ORNL'nin maliyet modelleme sonuçlarıyla birleştirir. Bu verileri, kanatların ana yapısal desteği olarak standart karbon veya cam fiberler yerine yeni karbon fiberler kullanmanın sistem üzerindeki etkisini değerlendirmek için kanat tasarım analizinde kullandı. Çalışma, ABD Enerji Bakanlığı'nın rüzgar enerjisi teknolojisi ofisi tarafından finanse edildi.

Enix, Spain ve meslektaşları, yeni karbon fiber malzemenin, endüstri kıstası olan ticari olarak satılan karbon fiberden dolar başına yüzde 56 daha fazla basınç dayanımına sahip olduğunu buldu. Genel olarak, üreticiler parçaları daha düşük basınç dayanımına ayarlamak için daha fazla malzeme kullanarak maliyetleri artırır. Yeni karbon fiberin daha yüksek birim maliyetini göz önünde bulunduran Ennis, yeni karbon fiber kanat başlığının malzeme maliyetinin yeni karbon fibere kıyasla yaklaşık yüzde 40 oranında azalacağını hesapladı. Karbon fiber kanat kiriş başlığı, rüzgar türbini kanadının ana yapısal bileşenidir. Ticari kullanım için karbon fiber.