Selecció de materials de fulla de turbina eòlica
Les fulles són un component important dels aerogeneradors. Transmet l'energia eòlica al rotor del generador, fent-lo girar i tallar les línies magnètiques de força per generar electricitat. Per garantir un funcionament segur a llarg termini en ambients extremadament durs en el camp, els requisits per als materials de la fulla són: 1 baixa densitat i resistència a la fatiga òptima i propietats mecàniques, capaços de suportar condicions extremes i càrregues aleatòries (com les tempestes). La prova de (etc.) garanteix un funcionament segur durant més de 20 anys; 2 el cost (indicat amb precisió com el cost assignat a cada quilowatl) és baix; 3 l'elasticitat de la fulla, la inèrcia de la rotació i la característica de la freqüència de vibració són normals, i es transmeten al conjunt. L'estabilitat de càrrega del sistema de generació d'energia és bona; La resistència a la corrosió 4, la resistència a l'ultraviolat (UV) i la resistència al llamp són bones; El cost de manteniment és baix.
FRP pot complir plenament els requisits anteriors i és el millor material de la fulla de la turbina eòlica.
1.1GFRP
La majoria de les grans fulles comercials fabricades actualment estan fabricades en plàstic reforçat amb fibra de vidre (GFRP). Les característiques de les fulles GFRP són:
1 Segons les característiques de força de les fulles del ventilador, la força i rigidesa de les fulles del ventilador són principalment la força longitudinal, és a dir, la flexió aerodinàmica i la força centrífuga. La càrrega de flexió aerodinàmica és molt més gran que la força centrífuga, i l'esforç de cisallat generat per tall i torsió no és gran. Utilitzant la teoria de la força dominada per fibra de vidre (GF), el GF principal es pot col·locar en la direcció longitudinal de la fulla, de manera que la fulla pot ser més lleugera.
Amb 2 perfils aerodinàmics, es pot aconseguir la màxima eficiència aerodinàmica. Per aconseguir el millor efecte aerodinàmic, utilitzant la forma aerodinàmica complexa de la fulla, es dissenyen diferents longituds de cordó de la fulla, gruix, angle de torsió i perfil d'aire a diferents radis de la roda de vent, tals com ja que la fabricació de metalls és molt difícil. Al mateix temps, les fulles GFRP poden produir-se en massa.
3 El temps d'ús és de fins a 20 anys, pot suportar més de 108 canals alternatius de càrrega. La GFRP té major resistència a la fatiga, baixa sensibilitat de malla, amortiment intern gran i bon rendiment sísmic.
4 Bona resistència a la corrosió Atès que la GFRP té una resistència àcida, àlcali i de vapor d'aigua, es pot instal·lar ventilador a l'aire lliure. Especialment per als parcs eòlics marins que s'han desenvolupat en els darrers anys, es poden instal·lar aerogeneradors al mar, de manera que les turbines eòliques i les seves fulles experimenten la prova de diversos climes.
Per millorar el rendiment de GFRP, GF també es pot modificar mitjançant tractament superficial, dimensionat i revestiment. Els estudis als Estats Units han demostrat que l'ús de la deposició de plasma de radiofreqüència per revestir E-GF, la seva resistència a la tensió i fatiga pot assolir el nivell de fibra de carboni (CF).
La força característica de GFRP és que pot suportar una tensió d'alta tensió en la direcció de GF, mentre que la força en altres direccions és relativament petita.
La fulla es compon d'una pell i un feix principal. La pell està intercalada, la capa mitjana és escuma rígida o fusta de Balsa, i les capes superior i inferior són GFRP. La capa superior consisteix en una capa unidireccional i una capa de ± 45 °. La capa unidireccional es pot col · locar amb teixits unidireccionals o GF unidireccionals, generalment amb teixits de 7 o 4GF per suportar l'estrès axial generat per la força centrífuga i el moment de flexió pneumàtica; Per simplificar el procés de modelat, es pot ometre la capa de ± 45 ° GF. S'utilitza el drap 1: 1GF, que es col·loca al llarg de la direcció axial per suportar l'estrès de cisallament causat principalment pel parell, i generalment es col·loquen a l'exterior de la capa unidireccional. La forma estructural de la biga pot ser una estructura sandvitx o una estructura GFRP sòlida. No obstant això, l'articulació de la pell i la biga principal, és a dir, la tapa de l'espurna, ha de ser una estructura GFRP sòlida. Això és degut a que la part del feix interactua amb la pell i l'estrès és gran, i s'ha de garantir la força i la rigidesa de la pell.
1.2CFRP
Amb la millora de la tecnologia de disseny de la fulla de la turbina eòlica, la generació d'energia eòlica s'està desenvolupant en la direcció d'alta potència i fulles llargues. Un augment de la longitud de la fulla tendeix a augmentar la qualitat de la fulla. Les estadístiques sobre la longitud de la fulla de 10 a 60 m indiquen que la massa de la fulla augmenta pel cub de la longitud. El pes lleuger de la fulla té una influència important en el funcionament, la vida de la fatiga i la producció d'energia. A mesura que la fulla genera una càrrega alterna a causa de la seva gravetat, la pròpia pala i la unitat estan fatigats. La reducció de pes de la fulla pot reduir la qualitat de l'estructura del cub, la góndola, la torre i similars.
Per a les fulles grans, la rigidesa és un problema important. Per assegurar que la punta de la fulla no toqui la torre sota càrregues de vent extremes, la fulla ha de tenir una rigidesa suficient. Per reduir la qualitat de la fulla i per complir amb els requisits de resistència i rigidesa, un mètode eficaç és utilitzar plàstic reforçat amb fibra de carboni (CFRP). El mòdul de tracció de CFRP és de 2 a 3 vegades superior al de la GFRP. Les fulles grans amb reforç CF poden aprofitar al màxim la seva elevada elasticitat i pes lleuger. Segons l'anàlisi, el sistema de millora híbrida CF / GFRP pot reduir el pes de les fulles en un 20% ~ 40%. Segons el pla de recerca finançat per la companyia europea de la CE, l'addició de CF al rotor de la fulla de 120m pot reduir la qualitat global de manera efectiva en un 38%, i també reduir el cost del disseny en un 14% en comparació amb el GF. Una altra anàlisi d'estudis similar també va assenyalar que la qualitat de la fulla de ventilació realitzada mitjançant l'addició de CF es reduirà en un 32% en comparació amb el GF.
En l'actualitat, la fulla de ventilador híbrida CF / GFRP més gran del món és una fulla de 56 metres de longitud desenvolupada per Nodex per a unitats eòliques offshore 5MW. Nodex també ha desenvolupat fulles de ventiladors CF / GFRP de 43 m (9,6 t) per a les unitats terrestres de 2.5 MW. Enercon ha desenvolupat fulles CFRP per a ús en aerogeneradors de 4,5 MW. Si el CF és millorat per a grans fulles encara és controvertit. Alguns creuen que la introducció de la tecnologia CF en la indústria de l'energia eòlica és "peculiar" i costosa, i s'hauria d'evitar si és possible. No obstant això, molts enginyers estructurals estan convençuts que la regla de l'escala natural mostra que, a mesura que augmenta la longitud de la fulla, la massa augmenta més ràpidament que l'extracció d'energia. Per tant, l'ús de fibres híbrides CF o CF / GF és necessari per suprimir l'augment de la massa. Al mateix temps, per reduir el cost de l'energia eòlica, també és necessari desenvolupar fulles més llargues amb una rigidesa suficient.
La capacitat d'utilitzar CFRP en grans quantitats en les fulles del ventilador depèn del preu del CF. Encara que el rendiment de CFRP és molt millor que el GFRP, i la fulla o la turbina eòlica és la més lleugera, el preu és també el més car. Fins i tot si el preu del CF cau a $ 11 / Kg, el preu de la fulla preparat amb CFRP encara és massa alt. Per tant, ara estem estudiant en profunditat des de matèries primeres, tecnologia de processos, control de qualitat, etc., per tal de reduir el cost del CFRP.
En general, el tipus menor de fulla (per exemple, 22 m de longitud) està format per una gran quantitat de baix cost E-GFRP, i la matriu de resina es compon principalment d'un polièster insaturat, i una resina de vinil éster o una resina epoxi pot també s'utilitzarà. Les fulles més grans (com ara 42 m més) utilitzen generalment CFRP o CF / GFRP, i la matriu de resina és principalment resina epoxi.
