NREL先进制造研究推动风力涡轮机叶片实现可回收利用

一种可回收利用的风电叶片新材料可以改变风电行业,使可再生能源比以往任何时候都更具可持续性,同时在此过程中降低成本。

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美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员与宾夕法尼亚州的阿科玛公司(Arkema Inc)合作,在NREL生产的热塑复合材料叶片上证明了热塑树脂的可行性,并验证了其结构完整性。

目前叶片是用热固性树脂制造的,在制造工厂中需要更多的能源和人力,最终产品往往会被填埋。改用热塑树脂将使风力涡轮机叶片更加可回收利用,还可以使叶片更长、更轻、成本更低。

“使用热固性树脂系统,这几乎就像你煎鸡蛋一样。你无法逆转,”NREL的高级工程师Derek Berry说。”但对于热塑性树脂系统,你可以用它做一个刀片。你把它加热到一定的温度,它就会融化回去。你可以把液态树脂拿回来,然后重新使用。”

Berry是一篇新论文的合著者,论文标题为 “热塑性复合材料风力涡轮机叶片和热固性复合材料风力涡轮机叶片的结构比较”,该论文发表在《可再生能源》杂志上。

其他作者也来自NREL,他们是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,以探索在叶片中使用热塑性树脂的成本效益。目前的风力涡轮机叶片主要是由复合材料制成的,如玻璃纤维与热固性树脂混合。使用环氧热固性树脂,制造过程中需要额外的热量来固化树脂,这增加了制造叶片的成本和时间。然而,热塑树脂在室温下即可固化。该工艺不需要那么多的人工,而目前人工成本约占刀片成本的40%。研究人员认定,新工艺可以使叶片的制造成本降低约5%。

NREL是科罗拉多州博尔德附近的Flatirons校区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。他们曾通过制造一个9米长的复合材料风力涡轮叶片,证明了热塑性树脂系统的可行性。在该演示之后,他们又制造了一个13米长的热塑性复合材料叶片,并在结构上对其进行了验证,与一个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,展示了摆脱热固性树脂系统的优势。

“热塑性材料可以吸收更多因风而产生的叶片上的负载的能量,这可以减少这些负载对涡轮系统其他部分的磨损,这是一件好事,”Murray说。

热塑性树脂还可以让制造商在现场制造叶片,缓解行业面临的问题,因为它的趋势是叶片更大、更长。随着叶片尺寸的增长,如何从制造工厂运输叶片的问题也随之而来。

美国能源部先进制造办公室资助了这项研究。

NREL是美国能源部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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