Использование термопластической смолы было одобрено Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL). Исследователи продемонстрировали возможность использования термопластической смолы, изготовив лопасть ветряной турбины длиной 9 метров с использованием этой новой смолы, которая была разработана компанией Arkema Inc. из Пенсильвании. Исследователи подтвердили структурную целостность 13-метровой лопатки из термопластичного композита, также производимой в NREL.
В дополнение к аспекту возможности вторичной переработки термопластическая смола может обеспечить более длинные, легкие и недорогие лезвия.
Производство лезвий с использованием современных систем термореактивных смол требует больше энергии и рабочей силы на производственном предприятии, а конечный продукт часто оказывается на свалках.
"С системами из термореактивных смол это почти как когда вы жарите яйцо. Вы не можете изменить это », – сказал Дерек Берри, старший инженер NREL. "Но с системой термопластической смолы вы можете сделать из нее лезвие.
Вы нагреваете его до определенной температуры, и он снова тает. Вы можете вернуть жидкую смолу и использовать ее повторно."
Берри является соавтором новой статьи под названием «Конструктивное сравнение лопасти ветряной турбины из термопластичного композита и лопасти ветряной турбины из термореактивного композита», которая опубликована в журнале «Возобновляемая энергия».
Другими авторами, также из NREL, являются Робинн Мюррей, Райан Бич, Дэвид Барнс, Дэвид Сноберг, Саманта Руни, Майк Дженкс, Билл Гейдж, Трой Боро, Сара Уоллен и Скотт Хьюз.
NREL также разработал технико-экономическую модель для изучения рентабельности использования термопластической смолы в лезвиях. Современные лопасти ветряных турбин изготавливаются в основном из композитных материалов, таких как стекловолокно, пропитанное термореактивной смолой. В случае эпоксидной термореактивной смолы производственный процесс требует использования дополнительного тепла для отверждения смолы, что увеличивает стоимость и время цикла лопастей.
Однако термопластическая смола затвердевает при комнатной температуре. Процесс не требует так много труда, что составляет около 40% стоимости лезвия. Исследователи определили, что новый процесс может удешевить изготовление лезвий примерно на 5%.
NREL является домом для Центра образования и технологий в области производства композитов (CoMET) в кампусе Flatirons недалеко от Боулдера, штат Колорадо.
Там исследователи проектируют, производят и испытывают композитные турбинные лопатки. Ранее они продемонстрировали осуществимость системы термопластичной смолы, изготовив 9-метровую композитную лопасть ветряной турбины. После этой демонстрации они изготовили и проверили конструкцию 13-метрового лезвия из термопластичного композитного материала по сравнению с почти идентичным лезвием из термореактивного материала.
Эта работа, вкупе с работой Arkema и других партнеров Института передовых технологий производства композитов, продемонстрировала преимущества отказа от системы термореактивных смол.
«Термопластический материал поглощает больше энергии от нагрузок на лопасти из-за ветра, что может снизить износ от этих нагрузок на остальную часть турбинной системы, что хорошо», – сказал Мюррей.
Термопластичная смола также может позволить производителям изготавливать лопасти на месте, облегчая проблему, с которой сталкивается промышленность, поскольку она стремится к более крупным и длинным лезвиям.
По мере увеличения размеров лезвий растет и проблема их транспортировки с производственного предприятия.
Работа финансировалась U.S.
Управление перспективного производства Министерства энергетики. NREL – это U.S.
Основная национальная лаборатория Министерства энергетики по исследованиям и разработкам в области возобновляемых источников энергии и энергоэффективности. NREL управляется для Департамента энергетики Alliance for Sustainable Energy, LLC.