近期，美國Sandia國家實驗室發(fā)布了一項最新研究，結果表明與市面上常見的商用碳纖維和玻璃纖維相比，新型大絲束碳纖維能夠為風能行業(yè)帶來成本效益和性能提升。

 

 

　　報告稱，采用碳纖維生產(chǎn)的風機葉片較傳統(tǒng)的玻纖葉片輕25%，這意味著碳纖維葉片可以制造得更長，且能夠在低風速區(qū)捕捉到更多能量。該項目負責人Brandon Ennis表示，碳纖維葉片也因為碳纖維優(yōu)異的抗疲勞性能而獲得更長的服役壽命。

 

　　但眾所周知，風機制造商需要設計制造出能夠連續(xù)30年承受壓縮和疲勞載荷的風機葉片，同時，成本也是一個關鍵問題。

 

　　Ennis表示，采用橡樹嶺國家實驗室（ORNL）開發(fā)的新型低成本大絲束碳纖維能夠滿足風電行業(yè)的性能要求，同時具有成本效益。新型碳纖維的原絲來自紡織工業(yè)廣泛使用的大絲束腈綸纖維。生產(chǎn)工藝中纖維被高溫碳化，隨后經(jīng)過拉擠工藝制成風電行業(yè)需要的、同時具備高性能和高可靠性的板材。研究團隊認為，新材料在“風電行業(yè)最感興趣的成本特性方面”比目前的商用材料表現(xiàn)更好。

 

　　研究團隊同時對新型碳纖維、商用碳纖維和標準玻璃纖維復合材料進行了力學性能對比，將測試數(shù)據(jù)與ORNL的成本模型相結合，并將這些數(shù)據(jù)用于葉片設計分析，以評估使用新型碳纖維（而不是商用碳纖維或標準玻璃纖維）作為風葉主要結構支撐的系統(tǒng)影響。

 

　　研究結果表明，與商用碳纖維相比，采用新型大絲束碳纖維能夠將每美元的抗壓強度提高56%。通常情況下，制造商會采用更多材料來制造部件以適應較低的抗壓強度，從而導致材料成本的增加。考慮到新型碳纖維單位成本抗壓強度的提高，研究團隊預計，與商用碳纖維相比，采用新型碳纖維制造的葉片主梁在材料成本上將下降40%。

 

　　由于具有優(yōu)異的抗疲勞性能，新型碳纖維與玻璃纖維相比在陸上風機設計中也具有明顯的成本優(yōu)勢。采用新型碳纖維所帶來的重量減輕、疲勞壽命延長等其他優(yōu)勢，可能會影響整臺風機的設計，從而帶來額外的成本效益和性能提升。

 

　　項目負責人表示，雖然目前市場上尚不存在適合風力發(fā)電行業(yè)的最佳碳纖維，但新型紡織碳纖維的性能特點對風力發(fā)電機所承受的特定負載具有更高的價值。該材料的商業(yè)化可以使碳纖維的優(yōu)勢在風能領域得到更廣泛地發(fā)揮，并降低風電的總成本。