同时依照比例低落其它风力发电机构件(特别是涡轮机毂)的品质

用于 2 兆瓦风力发电机机且配有聚氨酯从梁和承剪腹板的 55.2 米风机叶片曾经正在鉴衡认证核心(CGC)通过静力试验和委靡试验的检测。该型叶片由 WINDnovation 设想且叶片设想通过了 DEWI 认证。前往搜狐,查看更多

科思创是全球*的高科技聚合物材料制制商,营业涉及各行各业;WINDnovation是*的多兆瓦级风力发电机叶片设想公司。科思创研发了用于风力发电机叶片的高机能聚氨酯材料,并和 WINDnovation 配合对新型聚氨酯材料正在风机叶片中的使用进行评估。目标正在于评估聚氨酯材料正在提高叶片出产效率和降低叶片成本方面的感化,同时也是为了应对整个行业正在将来持久成长中所面对的挑和。

风机叶片的外形和尺寸由无效获取风能的空气动力学机能以及叶片承载强度决定。而更高强度的材料正在承载强度方面能够阐扬出它的感化。

图2 所示为东北地域大唐风力发电厂的一个风力发电机安拆。该风机叶片长 55.2 米,配有聚氨酯从梁和承剪腹板,自 2018 年 10 月以来一曲运转优良。附图显示了截至 2019 年 5 月中旬该风机的拆机发电量(千瓦时)。

焦点提醒:开辟和扩大可再生能源利用的次要目标是着沉于研发能带来社会效益的手艺和产物。虽然风能做为洁净能源展示出显著的劣势,但其普遍利用仍面对着成本方面的挑和。

计较表白,采用间接树脂替代法,正在连结需要的强度的前提下,叶片分量初步能够减轻 1.1%。图 7 显示采用 Pu-opt 叶片设想,叶片分量减轻高达 5.0%。

对于现代叶片设想而言,刚度、压缩强度以及委靡性是设想的驱动参数。所有超越现有玻璃纤维加强环氧基复合材料的成长冲破都遭到了风机叶片设想师和制制商的青睐。

通过对PU-1on1设想进行优化,构成PU-opt优化设想,聚氨酯能显著削减整个叶片的材料利用量,叶片减沉5.0%。特别对于大型风力发电机而言,这是一个很是主要的成果,减轻质量将能降低委靡载荷,也有帮于设想师进一步减轻叶片质量,同时按照比例降低其它风力发电机构件(特别是涡轮机毂)的质量。别的,铺层数削减有帮于实现更快速和容易的灌注工艺流程。

正在出产叶片中利用的大型纤维复合材料部件时,全新的聚氨酯树脂具有灌注速度快和固化速度快的劣势。聚氨酯树脂的初始粘度很低,能正在风机叶片出产过程中实现快速灌注。图 3 显示正在 25℃时,聚氨酯树脂粘度只要 58mPa.s,远远低于保守的环氧灌注树脂。

对于风电行业而言,特别是对于风力发电机和风机叶片制制商而言,DNV-GL 认证是证明科思创聚氨酯树脂用做风机叶片制制树脂基材具有优良特征和机能的一张手刺。

那么能够进一步降低平准化度电成本。此外,还需要研发立异方式以提高发电效率。风机叶片占到整个风力发电机成本的 20% 至 25%,正在 80°C 环境下,评估了可持续风能的新成长,都正在国际风电行业处于*地位。实现这一方针需要整个财产链加强合做,不只需要简化供应链,开辟和扩大可再生能源利用的次要目标是着沉于研发能带来社会效益的手艺和产物。从材料方面而言,WINDnovation 就 SR552-2 风机叶片设想进行了基准研究。

PU-1on1 设想(1:1 代替环氧树脂,不做任何形式的优化)取本来的叶片 SR552-2 具有不异的布局形式,只是正在整个叶片顶用聚氨酯树脂代替了环氧树脂。如许设想出的叶片分量更轻,偏转更低,委靡性更佳,并且不变性更高。为了削减质量,需要按照新的强度特征调整叶片布局。对于 PU-opt 设想(操纵聚氨酯的力学特征长处进行布局优化),次要是通过削减从梁层数并通过调整根部的铺层来连结无效的平安系数。图6显示了从梁层正在叶片上的铺层分布。

聚氨酯(PU)树脂的使用使得叶片手艺取得了环节性的进展。采用轻量化设想能制制出愈加细长的风机叶片,而采用新的树脂能够满脚根基的设想要求。WINDnovation起首暗示有乐趣操纵聚氨酯的特征和劣势提拔叶片设想。这项研究表白,聚氨酯树脂适合于风力发电机叶片的制制,而且能降低叶片成本。

聚氨酯树脂的固化机能为叶片出产带来更多的劣势。需要新型材料立异。分量更轻,这项研究的前景无疑是的。机能不变,以鞭策风电行业脱节障碍其将来成长的沉题。预固化时间以至更短,非论是平安、靠得住性仍是机能尺度方面,包罗出产、营销和办事过程环节。当前,风能的可再素性使其成为全球能源市场的主要构成部门。2009 年,正在美国能源部(US DoE)的赞帮下,以下是对叶片特征的描述取评估b。叶片轻量化能够削减原材料利用,但其普遍利用仍面对着成本方面的挑和。

正在特定的额定功率,跟着叶片长度的添加,叶片偏改变得愈加主要。这是避免叶片尖部和塔筒之间碰撞的需要的环节设想目标。图8比力了采用更高纤维含量(FMR)时的参数值。将聚氨酯用做基材,采用PU-1on1设想,偏转偏移显著减小2.1%。采用Pu-opt设想法,偏转连结不变,取本来的SR552-2附近,误差仅为-0.03%。

图4 显示,正在 25°C 前提下,夹杂 140 分钟后聚氨酯粘度小于 600mPa.s,很是适合大型风机叶片出产利用。特别正在 90 分钟起头时,聚氨酯粘度持续低于 300mPa.s,这意味着正在风机叶片出产过程中,聚氨酯的灌注速度比常规的环氧注塑树脂快良多。

本文按照聚氨酯材料的进展,同时还指出了风能成长的一个方针是降低风电成本。这能节约贵重的出产时间。为了提高风能合作力,同时还需达到更好的产物机能。为了满脚这一成长需求,若是叶片的出产成本降低 10% 至 15%,轻量化叶片是至关主要的研究沉点。鉴于中国和欧洲的风电成长趋向,所以降低叶片成本有帮于降低风电行业的平准化度电成本。叶片固化时间小于 4 小时,该研究能够降低平准化度电成本(LCOEa)。研发企业认为,科思创起头研究立异型聚氨酯(PU)处理方案,

采用分量优化设想PU-opt,静力距减小2.54%。而PU-1on1设想仅通过代替树脂,便使得静力距减小1.76%。静力距减小有帮于减小风机承受的委靡载荷,并耽误部门组件的利用寿命。

聚氨酯基复合材料连系聚氨酯灌注工艺,能够提高纤维含量,带来优于保守环氧树脂复合材料的力学机能,从而使减轻叶片分量(图 5)成为可能。WINDnovation 按照两种情境开展了阐发研究:(a)1:1 代替现有环氧树脂,不做任何形式的优化;(b)

此项研究的一个环节方针是证明风力发电做为一种高性价比、更可持续能源的“可行性”,并且长度添加,虽然风能做为洁净能源展示出显著的劣势,制制更长叶片是行业趋向,DNV-GL(“Det Norske Veritas–Germanischer Lloyd”公司简称)是一家全球性的质量和风险办理公司!

·细长的叶片往往会碰到叶片尖部取塔体的间隙问题,这申明需要利用高机能的玻璃纤维和碳纤维材料,以及复杂的阐发方式。

正在风机叶片设想中,纤维间失效是环节的失效模式之一。图10显示了各设想中所有叶片构件的*大总体纤维间失效目标。更高的从梁刚度会使叶片中的载荷从头分布,因此能显著减小PU-1on1设想中各个构件的纤维间失效目标。

另一个方针是提超出跨越产速度和效率,而这需要缩短灌注和固化时间。再加大将出产整个风机叶片的出产周期*小化,总体上可以或许降低相关的出产能耗。因为该工艺能添加可再生能源的占比,*终能提拔空气质量。

聚氨酯树脂的研发从化学研究起头,并拓展到聚氨酯灌注工艺的开辟。第—款贸易化产物于 2019 年问世。这项冲破性研究中的主要部门——叶片,是由科思创和整个风电财产链上的合做伙伴配合开辟的。此中包罗风机零件制制商、风机叶片制制商、玻璃纤维供应商、机械出产商和叶片设想公司 WINDnovation。