Produkcja łopat turbin wiatrowych oparta została na technologii kompozytów termoutwardzalnych. Jednak kompozyty termoplastyczne oferują możliwość recyklingu i inne zalety. Kiedy do produkcji łopatek wirnika stosowane są wzmocnione tworzywa termoplastyczne, mają one znaczną przewagę nad termoutwardzalnymi. Po pierwsze, tworzywa termoplastyczne są tworzywem sztucznym po podgrzaniu i zachowują plastyczność w przeciwieństwie do trwałych tworzyw termoutwardzalnych. Dlatego po zakończeniu okresu eksploatacji ostrza termoplastyczne można formować przez ogrzewanie i recykling. Zakładając, że produkcja ostrzy używa obecnie setek tysięcy ton materiałów kompozytowych każdego roku, stworzy to coraz ważniejszą korzyść rynkową.
1. Zalety i wady
Zaleta 1: Możliwość recyklingu
Pod koniec okresu użytkowania ostrza termoplastyczne mogą być podgrzewane, aby utworzyć coś do recyklingu.
Zaleta 2: Krótki cykl utwardzania
Tworzywa termoplastyczne rozwiązują również przeszkody w cyklu utwardzania, które obecnie spowalniają szybkość produkcji ostrzy termoutwardzalnych. Formowane łopatki można rozbierać podczas ogrzewania, co jeszcze bardziej przyspiesza proces produkcji. Komponenty mogą być wspólnie utwardzane lub łączone poprzez podgrzewanie lokalnego interfejsu i spawanie. Małe części mogą wykorzystywać formowanie wtryskowe peletów.
Zaleta trzecia: wytrzymałość i sztywność są wyższe
Wzmocnione termoplasty mogą być mocniejsze niż termoutwardzalne o tej samej wadze, co daje lżejszą strukturę. Optymalizacja konstrukcji łopat dla tych tworzyw sztucznych może prowadzić do różnych konfiguracji. Na przykład, projektując ostrze, aby było bardziej jak skrzydło samolotu, wzmocnione żebrami i belkami, projektanci mogą wyeliminować wiele rdzeni konstrukcyjnych stosowanych obecnie w łopatach. Pianki i inne materiały rdzenia pochłaniają żywicę, dodając wagi i kosztów, i muszą być kształtowane.
W użyciu odporność na deszcz, śnieg itp. Jest lepsza niż w przypadku termoutwardzalnych tworzyw sztucznych i zwykle ma wyższą tolerancję na uszkodzenia i wolniejszy wzrost pęknięć. Ze względu na bardziej długotrwałe właściwości, tworzywa termoplastyczne mają lepszą odporność na uderzenia i wykazują tendencję do wykazywania widocznych wgnieceń. W przeciwieństwie do kompozytów termoutwardzalnych są one ukryte w laminatach i nie wykazują defektów na powierzchni.
Wada 1: słaba odporność na zmęczenie
Własności zmęczeniowe wzmocnionych tworzyw termoplastycznych są raczej słabe ze względu na słabsze połączenie między włóknami i plastikową osnową. Połączenie między nimi jest mechaniczne. Jest to kurczenie się żywicy matrycowej wokół włókna podczas procesu utwardzania, a nie połączenie chemiczne. Konwencjonalne środki sprzęgające stosuje się do polepszenia wiązania włókien szklanych, włókien węglowych i żywic termoutwardzalnych, ale mają niewielki wpływ na żywice termoplastyczne.
Wada 2: Sprawność cieplna / mokra jest ogólnie gorsza niż żywicy termoutwardzalnej
Właściwości gorąca / mokra są na ogół gorsze od właściwości żywic termoutwardzalnych, ponieważ gorąca wilgoć rozszerza matrycę i rozluźnia połączenia mechaniczne, powodując przesuwanie się łańcuchów molekularnych wzdłuż włókien. Ponadto, większość żywic termoplastycznych jest trudna do obróbki, a ich wyższa lepkość w stanie stopionym oznacza, że wymagane są wyższe temperatury przetwórcze i ciśnienia utwardzania, aby zapewnić, że żywica może całkowicie przenikać do ciągłych włókien o długim włóknie. Ze względu na zapotrzebowanie na metalowe formy i wysokie zużycie energii, koszty rosną.
2. Stan badań w kraju i za granicą
Zagraniczny: Zielony Blade Projekt Komponentów Eire
W Irlandii zespół badawczy technologii złożonych na Uniwersytecie Stanowym w Galway, zespół badawczy z Uniwersytetu Limerick oraz firma handlowa Eire Composites zbadały tę najnowszą technologię. Obie uczelnie intensywnie badały kompozyty APLC-12, a Eire Composites aktywnie opracowuje technologię formowania cieczy do produkcji kompozytowych łopatek turbin termoplastycznych i pokryw gondoli. W projekcie Green Blade Eire Composites prowadzi współpracę (za pośrednictwem swojej spółki zależnej EireCompositeTeo), w skład której wchodzą Mitsubishi Heavy Industries, Ahlstrom Fiberglass i Cyclics, aby wspólnie opracować i wyprodukować próbkę o długości 12,6 metra i przeprowadzić testy. Prace te naturalnie doprowadzą do przyszłego opracowania i certyfikacji pełnowymiarowych kompozytowych ostrzy z tworzywa termoplastycznego.
Zagraniczny: nowy projekt rozwoju technologii blade BladeKing firmy Danish Blade
Wśród kilku dużych wytwórców ostrzy, duńska firma LM, która ściśle śledzi tę pracę, jest największym na świecie producentem łopat turbin wiatrowych. Firma w normalnych warunkach nie może wystarczająco szybko wyprodukować ostrza, aby sprostać wymaganiom, więc chce skrócić obecny cykl produkcyjny o połowę i jako część swojego najnowszego projektu rozwoju technologii blade BladeKing. Firma została przyciągnięta przez zdolność termoplastów do redukcji cykli produkcyjnych i może stanowić klucz do wprowadzenia nowych tworzyw sztucznych na rynek do roku 2015. Aby wyprodukować bardzo duże łopaty dla przyszłych morskich turbin wiatrowych, wysoki poziom automatyzacji jest wysoki. również potrzebne. Jest to kolejna kwestia w projekcie BladeKing: stosowanie zautomatyzowanych warstw włókien lub warstw taśm w celu przyspieszenia laminowania włókien w formie. RisoDTU i Aalborg University przeprowadziły badania nad projektem BladeKing wspólnie z LM, a Duński Narodowy Fundusz Zaawansowanych Technologii zapewnił częściowe sponsorowanie.
Krajowy: Zhongke Hengyuan współpracuje z RTP przy opracowywaniu długich włókien termoplastycznych wzmocnionych włóknami
Hunan Zhongke Hengyuan Przedsiębiorstwo Energetyki Wiatrowej, Ltd. zaprojektowało i wyprodukowało małe turbiny wiatrowe odpowiednie dla obszarów niedostarczonych przez sieć. Firma wykorzystuje RTP Corp. ze Stanów Zjednoczonych do produkcji długich termoplastów wzmocnionych włóknem szklanym, aby wtryskiwać formowane łopatki turbiny wiatrowej. Według doniesień firma współpracowała z RTP przy opracowywaniu i stosowaniu bardzo długich produktów wzmacnianych włóknami, ponieważ mają one najwyższy stosunek wytrzymałości do masy w materiałach do formowania wtryskowego. Długie materiały wzmocnione włóknem szklanym zapewniają wysoki moduł i odporność na uderzenia, zachowując kształt ostrza niezależnie od warunków środowiskowych. Doskonała stabilność wymiarowa może skutecznie zapobiegać zmianie kąta wiatru na łopatach, co znacznie poprawia wydajność turbiny, szczególnie w warunkach bardzo wilgotnych i bardzo suchych.
3. Podsumowanie
Przyspieszony rozwój globalnego rynku energii wiatrowej umożliwił dostawcom ostrzy nie tylko zwiększenie ich mocy produkcyjnej, ale także znalezienie technologii, które przyspieszą proces produkcji, aby sprostać przyszłym potrzebom. Potencjalne zalety żywic termoplastycznych mogą pomóc im w osiągnięciu tego celu, jednocześnie wzmacniając strukturalną wykonalność bardzo dużych ostrzy i rozwiązując odtwarzalność ostrzy po przejściu na emeryturę. W przypadku pola energii wiatrowej te prawdziwe tworzywa sztuczne mogą okazać się rewolucyjną technologią ze względu na rosnące zapotrzebowanie.
