将风力涡轮机叶片推向可回收性
一种可回收的新型风力叶片材料可以改变风能行业，使可再生能源比以往任何时候都更具可持续性，同时降低过程中的成本。
热塑性树脂的使用已在国家可再生能源实验室 (NREL) 中得到验证。研究人员通过使用这种由宾夕法尼亚州阿科玛公司开发的新型树脂制造 9 米长的风力涡轮机叶片，证明了热塑性树脂的可行性。研究人员现已验证了 13 米长的热塑性复合材料的结构完整性刀片，也在 NREL 制造。
除了可回收性方面，热塑性树脂还可以实现更长、更轻且成本更低的刀片。使用当前的热固性树脂系统制造叶片在制造设施中需要更多的能源和人力，最终产品通常会被填埋。
“对于热固性树脂系统，这几乎就像你煎鸡蛋一样。你无法逆转，”NREL 的高级工程师德里克贝里说。“但是使用热塑性树脂系统，你可以用它制作刀片。你把它加热到一定的温度，然后它又融化了。你可以把液态树脂拿回来并重新使用。”
Berry 是一篇题为“热塑性复合风力涡轮机叶片和热固性复合风力涡轮机叶片的结构比较”的新论文的合著者，该论文发表在可再生能源杂志上。
其他来自 NREL 的作者是 Robynne Murray、Ryan Beach、David Barnes、David Snowberg、Samantha Rooney、Mike Jenks、Bill Gage、Troy Boro、Sara Wallen 和 Scott Hughes。
NREL 还开发了一个技术经济模型来探索在叶片中使用热塑性树脂的成本效益。当前的风力涡轮机叶片主要由复合材料制成，例如注入热固性树脂的玻璃纤维。对于环氧热固性树脂，制造过程需要使用额外的热量来固化树脂，这会增加叶片的成本和周期时间。然而，热塑性树脂在室温下固化。这个过程不需要那么多的劳动力，这占刀片成本的 40% 左右。研究人员确定，新工艺可以使叶片的制造成本降低约 5%。
NREL 是位于科罗拉多州博尔德附近 Flatirons 校区的复合材料制造教育和技术 (CoMET) 设施的所在地。在那里，研究人员设计、制造和测试复合材料涡轮叶片。他们之前通过制造 9 米复合材料风力涡轮机叶片证明了热塑性树脂系统的可行性。他们通过制造和结构验证了 13 米长的热塑性复合材料叶片与几乎相同的热固性叶片进行了比较。这项工作，加上阿科玛和其他先进复合材料制造创新研究所合作伙伴的工作，展示了远离热固性树脂系统的优势。
“由于风，热塑性材料从叶片上的负载中吸收更多能量，这可以减少这些负载对涡轮机系统其余部分的磨损，这是一件好事，”默里说。
热塑性树脂还可以让制造商在现场制造叶片，缓解该行业在朝着更大更长的叶片发展的趋势中面临的问题。随着叶片尺寸的增加，如何从制造工厂运输它们的问题也在增加。
这项工作由美国能源部先进制造办公室资助。NREL 是美国能源部负责可再生能源和能源效率研究与开发的主要国家实验室。NREL 由可持续能源联盟有限责任公司为能源部运营。
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2021-06-15
