复材资讯·热塑性复合材料风力涡轮机，或将彻底改变海上风电业

几年来，国家可再生能源实验室 (NREL) 的研究人员一直在探索将热塑性复合材料用于风力涡轮机，未来热塑性复合材料叶片有可能彻底改变海洋能源行业。

法国海洋研究所 (IFREMER)展示了热塑性材料如何提高疲劳性能，降低叶片失效的可能性，并使潮汐涡轮叶片在海洋能源应用中更具可持续性。制造过程也更快、更节能。此外，占全球塑料产量约 75% 的热塑性塑料可以回收利用，因为塑料聚合物材料可以在高温下重新成型并在冷却时重新固化。

由于美国能源部水力技术办公室的资助以及与 Verdant Power 的合作，NREL 研究人员已经使用热塑性复合材料制造了涡轮叶片，目前正在纽约部署的 Verdant Power 潮汐涡轮机之一上进行测试市东河。

纽约罗斯福岛潮汐能 (RITE) 项目现场的涡轮机负载和性能评估始于 2020 年 10 月，当时安装了 Verdant Power 的 TriFrame 支架，该支架可容纳三台潮汐涡轮机。由于每天多次改变方向的强潮汐流，东河是测试和验证海洋能源涡轮机性能的理想场所。

TriFrame 和三叶涡轮机均设计为模块化和可扩展的，使研究人员能够研究 5 米 (m) 直径的涡轮机，然后将它们扩展到更经济可行的 10 至 15 米级涡轮机系统更有可能在该领域使用。

在水中的前 6 个月，最初使用环氧树脂叶片的潮汐涡轮机产生了近 200 兆瓦时的能量，这是美国海洋能源生产的记录。经过 6 个月的部署后，在 2021 年 5 月，Verdant Power 团队执行了回收和更换 (R&R) 操作，将其中一个环氧树脂叶片转子更换为具有相同热塑性叶片的 NREL 制造的新转子到原始环氧树脂刀片，除了它们的材料。

在 R&R 部署之前的几个月里，NREL 研究工程师 Robynne Murray 和她的团队一直在利用 NREL 复合材料制造教育和技术 (CoMET) 设施的制造和材料表征能力。在那里，他们使用 Elium 热塑性树脂采用真空灌注方法制造了 2.5 米长的叶片。然后，他们努力确认这些叶片在部署之前具有与传统环氧树脂叶片相似的结构性能，从结构上验证了现在在东河发电的全尺寸热塑性潮汐发电涡轮叶片。在试运行结束并在 2021 年底之前收回叶片后，该团队将测量叶片对施加的载荷的结构响应，以量化海水对这些材料的影响。

Verdant Power 为 NREL 团队生产与他们已经制造的环氧树脂刀片相同的热塑性刀片，这使我们能够与传统材料进行并排比较，这些热塑性材料有可能延长叶片的使用寿命，并改善了海洋应用的结构性能。

NREL 建造的数据采集系统位于新安装的潮汐涡轮机的尾锥内，使研究人员能够在东河中测量热塑性叶片的应变和角位置。数据采集系统设计和验证过程（包括将系统浸入水中数天）满足多项要求，包括能够持续可靠地采集、测量和存储涡轮机整个部署期间生成的所有数据，预计高达 28 GB。

NREL 研究人员将潮汐涡轮叶片连接到数据采集系统进行验证。

这项工作将在有意义的规模上展示一种潜在的改变游戏规则的海洋应用材料，它还将为全尺寸涡轮机生成应变和加速度数据，我们可以使用这些数据来验证设计工具并降低整个行业未来部署的风险。与 Verdant Power 的合作以及加入其创新 R&R 运营的能力是获取这些数据的关键这将使海洋能源行业在未来几年受益。

自 2021 年 5 月 R&R 以来，NREL 的潮汐涡轮机一直在为纽约市的电网发电，甚至经历了叶片在部署期间将遇到的一些最高负载。这些数据对于检查这些涡轮机在最极端条件下的表现将特别有用，为日益增长的涡轮机限制和饱和热塑性材料的理解以及它们解决未来海洋能源挑战的承诺增加了关键信息。

今年夏天，太平洋西北国家实验室将在 RITE 项目现场对 TriFrame 的流速进行调查，以获得运行中的潮汐涡轮机的流量数据。这些数据将用于验证流速模型，这些模型可供海洋能源行业公开访问。

来源：贤集网

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