國外開發(fā)出基于高模量碳纖維/環(huán)氧樹脂風(fēng)電葉片，風(fēng)能捕獲率最高達(dá)98% 快消息

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隨著美國等國宣布以提高可再生能源能力為重點的政策和目標(biāo)，一些涉及新型改進的可再生能源技術(shù)就獲得了一定的機遇。美國紐約市Xenecore公司是一家致力于開發(fā)具有更高能量捕獲能力的更高效風(fēng)力渦輪機葉片的公司，該公司正在利用其復(fù)合材料零件領(lǐng)域的專業(yè)知識，設(shè)計并開發(fā)基于阻力的扇形風(fēng)力葉片。

大約兩年前，Choe和Xenecore團隊開始研究如何利用該公司的工藝技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)力渦輪機葉片?，F(xiàn)如今，大多數(shù)風(fēng)力渦輪機都有細(xì)長的飛機翼形葉片，這些葉片主要利用升力發(fā)電。當(dāng)風(fēng)經(jīng)過葉片時，葉片一側(cè)形成的較低壓力垂直于風(fēng)向拉動葉片，使其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，將能量轉(zhuǎn)移到渦輪機中發(fā)電。

Choe和他的團隊著手開發(fā)一種更新的水平風(fēng)力渦輪機，該渦輪機可以最大限度地利用阻力，最重要的是它使用了先進的復(fù)合材料。

Xenecore團隊早期面臨的一個挑戰(zhàn)是，由于基于升力的渦輪機已成為標(biāo)準(zhǔn)，因此如今的模擬軟件僅用于分析基于升力的風(fēng)機的性能。Choe和他的團隊嘗試了許多分析工具，并最終使用Ansys Fluent計算流體動力學(xué)軟件對風(fēng)在葉片上的行為進行建模。

利用這些模型，其目標(biāo)是開發(fā)一種可以最大限度地捕獲阻力的葉片，可在渦輪機內(nèi)發(fā)電，同時以盡可能小的重量承受高風(fēng)荷載。Xenecore團隊首先嘗試制造一種固體碳纖維復(fù)合材料葉片，但比強度并不好，即使是固態(tài)碳纖維板也會在高風(fēng)力下斷裂。

最終，Xenecore設(shè)計了一種單體扇形葉片，稱為Fanturbine，由頂部和底部表皮組成，表面覆蓋有Xenecore熱塑性微球。這些外皮用被稱為工字鋼的肋骨加固。該設(shè)計是仿生的，因為肋從中心點呈扇形，很像棕櫚葉上的葉子。

葉片采用一步壓縮成型工藝制造，使用高模量碳纖維和環(huán)氧樹脂以最大限度地提高強度和穩(wěn)定性，并以盡可能輕的重量抵抗高風(fēng)荷載。一體式單體設(shè)計還旨在最大限度地提高穩(wěn)定性，并在理論上延長葉片的壽命，因為沒有接縫或粘合劑會隨著時間的推移而損壞或疲勞。目前，這些葉片的第一個版本相對較小，尺寸為3×3英尺，目標(biāo)是擴大到更大的尺寸，以與傳統(tǒng)的風(fēng)力葉片競爭。

Xenecore的渦輪機設(shè)計包括每個渦輪機上的四個風(fēng)扇葉片，覆蓋了約80%的可用表面積。風(fēng)推動葉片，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而在渦輪機中產(chǎn)生能量。根據(jù)Xenecore的模擬，在理想條件下，風(fēng)機理論上可以達(dá)到最大98%的風(fēng)能捕獲。此外，該葉片的設(shè)計可以承受颶風(fēng)級的風(fēng)，在模擬中，它被證明可以承受高達(dá)每小時376英里的風(fēng)速，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于颶風(fēng)的最高速度。Choe表示：這些葉片可以在不改變現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的情況下在現(xiàn)有渦輪機上運行。

近年來，Xenecore開始生產(chǎn)3×3英尺葉片的5千瓦小型渦輪機，并將其銷售給南美的分銷商，并在全球范圍內(nèi)在線銷售。經(jīng)過測試，這些葉片發(fā)電量是類似尺寸的傳統(tǒng)風(fēng)電葉片的七倍。Xenecore測試過的最大系統(tǒng)是一臺100千瓦的渦輪機，葉片寬11英尺。它有一個兆瓦級別版本在設(shè)計中。

目前，該公司正在尋找投資者和合作伙伴，以幫助將該技術(shù)推向下一階段。為了證明這項技術(shù)，Xenecore下一步的目標(biāo)是在改造退役的風(fēng)力渦輪機塔架上建造并安裝一臺1兆瓦的渦輪機。

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