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  • 制造风力发电机叶片的先进聚氨酯树脂:提升叶

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  开采和扩张可再生能源行使的重要主意是着重于研发能带来社会效益的本事和产物。固然风能动作洁净能源显露出明显的上风,但其平常行使仍面对着本钱方面的挑衅。本文依据聚氨酯资料的开展,评估了可赓续风能的新起色,同时还指出了风能起色的一个方向是消重风电本钱。

  打算声明,采用直接树脂代替法,正在仍旧需要的强度的要求下,叶片重量开始能够减轻 1.1%。图 7 显示采用 Pu-opt 叶片计划,叶片重量减轻高达 5.0%。

  修制更长叶片是行业趋向,为了知足这一起色需求,需求新型资料更始。从资料方面而言,轻量化叶片是至闭紧急的推敲要点。叶片轻量化能够省略原资料行使,同时还需到达更好的产物职能。

  总之,依据聚氨酯资料的职能就手地实施了SR552-2优化,达成了更轻的叶片计划。

  对付风电行业而言,越发是对付风力发电机和风机叶片修制商而言,DNV-GL 认证是说明科思创聚氨酯树脂用态度机叶片修制树脂基材具有优异特质和职能的一张手刺。

  此项推敲的一个环节方向是说明风力发电动作一种高性价比、更可赓续能源的“可行性”,达成这一方向需求全部资产链加紧互助,网罗临盆、营销和任职进程监控症结。眼前,研发企业以为,风能的可再素性使其成为环球能源商场的紧急构成个人。为了提升风能竞赛力,不单需求简化供应链,还需求研发更始举措以提升发电效果。

  风机叶片的形势和尺寸由有用获取风能的气氛动力学职能以及叶片承载强度决计。而更高强度的资料正在承载强度方面能够发扬出它的用意。

  所以,这项研发勾当与众项共同邦可赓续起色方向(UN SDG)相契合,的确网罗:

  用于 2 兆瓦风力发电机机且配有聚氨酯主梁和承剪腹板的 55.2 米风机叶片仍旧正在北京鉴衡认证核心(CGC)通过静力试验和委靡试验的检测。该型叶片由 WINDnovation 计划且叶片计划通过了 DEWI 认证。

  别的,该推敲证明能够消重平准化度电本钱(LCOEa)。假如叶片的临盆本钱消重 10% 至 15%,重量更轻,职能稳定,并且长度扩展,那么能够进一步消重平准化度电本钱。

  2009 年,正在美邦能源部(US DoE)的资助下,科思创初阶推敲更始型聚氨酯(PU)处置计划,以饱动风电行业解脱妨害其另日起色的强大困难。鉴于中邦和欧洲的风电起色趋向,这项推敲的前景无疑是光辉的。风机叶片占到全部风力发电机本钱的 20% 至 25%,是以消重叶片本钱有助于消重风电行业的平准化度电本钱。

  (EP:环氧树脂PU:聚氨酯树脂TM:CPIC 供应的 TM 玻璃纤维)

  对付今世叶片计划而言,刚度、压缩强度以及委靡性是计划的驱动参数。全数超越现有玻璃纤维加强环氧基复合资料节制的起色打破都受到了风机叶片计划师和修制商的青睐。

  聚氨酯树脂的研发从化学推敲初阶,并拓展到聚氨酯灌注工艺的开采。第—款贸易化产物于 2019 年问世。这项打破性推敲中的紧急个人——叶片,是由科思创和全部风电资产链上的互助伙伴联合开采的。此中网罗风机整机修制商、风机叶片修制商、玻璃纤维供应商、呆板临盆商和叶片计划公司 WINDnovation。

  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装。该风机叶片长 55.2 米,配有聚氨酯主梁和承剪腹板,自 2018 年 10 月以还平素运转优异。附图显示了截至 2019 年 5 月中旬该风机的装机发电量(千瓦时)。

  截至 2019 年 5 月中旬,总发电量约为 30 万千瓦时,均匀涡轮机行使率 99.6%

  正在临盆叶片中行使的大型纤维复合资料部件时,全新的聚氨酯树脂具有灌注速率速和固化速率速的上风。聚氨酯树脂的初始粘度很低,能正在风机叶片临盆进程中达成敏捷灌注。图 3 显示正在 25℃时,聚氨酯树脂粘度只要 58mPa.s,远远低于古板的环氧灌注树脂。

  WINDnovation 就 SR552-2 风机叶片计划举办了基准推敲,以下是对叶片特质的描绘与评估b。

  另一个方向是提升临盆速率和效果,而这需求缩短灌注和固化时候。再加大将临盆全部风机叶片的临盆周期最小化,总体上可以消重联系的临盆能耗。因为该工艺能扩展可再生能源的占比,最终能提拔气氛质地。

  图4 显示,正在 25°C 要求下,羼杂 140 分钟后聚氨酯粘度小于 600mPa.s,北京赛车官网网址非凡适合大型风机叶片临盆行使。越发正在 90 分钟初阶时,聚氨酯粘度赓续低于 300mPa.s,这意味着正在风机叶片临盆进程中,聚氨酯的灌注速率比常例的环氧注塑树脂速许众。

  DNV-GL(“Det Norske Veritas–Germanischer Lloyd”公司简称)是一家环球性的质地确保和危险管束公司,无论是平安、牢靠性如故职能模范方面,都正在邦际风电行业处于领先位子。

  假使采用PU-opt优化计划法,纤维间失功能也能明显省略,因此能明显提升平安余量。

  正在特定的额定功率,跟着叶片长度的扩展,叶片偏转化得特别紧急。这是避免叶片尖部和塔筒之间碰撞的需要的环节计划目标。图8比拟了采用更高纤维含量(FMR)时的参数值。将聚氨酯用作基材,采用PU-1on1计划,偏转偏移明显减小2.1%。采用Pu-opt计划法,偏转仍旧稳定,与本来的SR552-2邻近,过失仅为-0.03%。

  科思创是环球领先的高科技鸠合物资料修制商,交易涉及各行各业;WINDnovation是领先的众兆瓦级风力发电机叶片计划公司。科思创研发了用于风力发电机叶片的高职能聚氨酯资料,并和 WINDnovation 联合对新型聚氨酯资料正在风机叶片中的利用举办评估。主意正在于评估聚氨酯资料正在提升叶片临盆效果和消重叶片本钱方面的用意,同时也是为了应对全部行业正在另日永远起色中所面对的挑衅。

  纤维间的失效目标能够消重至0.87,消重率为11.2%,显露更众的优化潜力。

  通过对PU-1on1计划举办优化,酿成PU-opt优化计划,聚氨酯能明显省略全部叶片的资料行使量,叶片减重5.0%。越发对付大型风力发电机而言,这是一个非凡紧急的结果,减轻质地将能消重委靡载荷,也有助于计划师进一步减轻叶片质地,同时依据比例消重其它风力发电机构件(越发是涡轮机毂)的质地。其它,铺层数省略有助于达成更敏捷和容易的灌注工艺流程。

  正在风机叶片计划中,纤维间失效是环节的失效形式之一。图10显示了各计划中全数叶片构件的最大总体纤维间失效目标。更高的主梁刚度会使叶片中的载荷从头散布,因此能明显减小PU-1on1计划中各个构件的纤维间失效目标。

  正在雷同要求下,因为粘度低,聚氨酯树脂比环氧树脂的活动性更好,灌注速率更速。

  聚氨酯(PU)树脂的利用使得叶片本事获得了环节性的开展。采用轻量化计划能修制出特别颀长的风机叶片,而采用新的树脂能够知足基础的计划恳求。WINDnovation最初外现有乐趣应用聚氨酯的特质和上风提拔叶片计划。这项推敲声明,聚氨酯树脂适合于风力发电机叶片的修制,而且能消重叶片本钱。

  ·颀长的叶片往往会遭遇叶片尖部与塔体的间隙题目,这注明需求行使高职能的玻璃纤维和碳纤维资料,以及丰富的解析举措。

  聚氨酯树脂的固化职能为叶片临盆带来更众的上风。正在 80°C 情状下,叶片固化时候小于 4 小时,预固化时候以至更短,这能俭朴贵重的临盆时候。

  聚氨酯基复合资料集合聚氨酯灌注工艺,能够提升纤维含量,带来优于古板环氧树脂复合资料的力学职能,从而使减轻叶片重量(图 5)成为恐怕。WINDnovation 依据两种情境展开了解析推敲:(a)1:1 庖代现有环氧树脂,不做任何式子的优化;(b)

  采用重量优化计划PU-opt,静力距减小2.54%。而PU-1on1计划仅通过庖代树脂,便使得静力距减小1.76%。静力距减小有助于减小风机担当的委靡载荷,并伸长个人组件的行使寿命。

  采用PU/TM层合板以1:1庖代各个模范层合板时(PU-1on1计划),叶片重量略有减轻。

  PU-1on1 计划(1:1 庖代环氧树脂,不做任何式子的优化)与本来的叶片 SR552-2 具有雷同的布局式子,只是正在全部叶片顶用聚氨酯树脂庖代了环氧树脂。云云计划出的叶片重量更轻,偏转更低,委靡性更佳,并且安闲性更高。为了省略质地,需求依据新的强度特质调动叶片布局。对付 PU-opt 计划(应用聚氨酯的力学特质甜头举办布局优化),重要是通过省略主梁层数并通过调动根部的铺层来仍旧有用的平安系数。图6显示了主梁层正在叶片上的铺层散布。




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