近期，美國Sandia國家實驗室發布了一項最新研究，結果表明與市面上常見的商用碳纖維和玻璃纖維相比，新型大絲束碳纖維能夠為風能行業帶來成本效益和性能提升。

 

 

　　報告稱，采用碳纖維生產的風機葉片較傳統的玻纖葉片輕25%，這意味著碳纖維葉片可以制造得更長，且能夠在低風速區捕捉到更多能量。該項目負責人Brandon Ennis表示，碳纖維葉片也因為碳纖維優異的抗疲勞性能而獲得更長的服役壽命。

 

　　但眾所周知，風機制造商需要設計制造出能夠連續30年承受壓縮和疲勞載荷的風機葉片，同時，成本也是一個關鍵問題。

 

　　Ennis表示，采用橡樹嶺國家實驗室（ORNL）開發的新型低成本大絲束碳纖維能夠滿足風電行業的性能要求，同時具有成本效益。新型碳纖維的原絲來自紡織工業廣泛使用的大絲束腈綸纖維。生產工藝中纖維被高溫碳化，隨后經過拉擠工藝制成風電行業需要的、同時具備高性能和高可靠性的板材。研究團隊認為，新材料在“風電行業最感興趣的成本特性方面”比目前的商用材料表現更好。

 

　　研究團隊同時對新型碳纖維、商用碳纖維和標準玻璃纖維復合材料進行了力學性能對比，將測試數據與ORNL的成本模型相結合，并將這些數據用于葉片設計分析，以評估使用新型碳纖維（而不是商用碳纖維或標準玻璃纖維）作為風葉主要結構支撐的系統影響。

 

　　研究結果表明，與商用碳纖維相比，采用新型大絲束碳纖維能夠將每美元的抗壓強度提高56%。通常情況下，制造商會采用更多材料來制造部件以適應較低的抗壓強度，從而導致材料成本的增加。考慮到新型碳纖維單位成本抗壓強度的提高，研究團隊預計，與商用碳纖維相比，采用新型碳纖維制造的葉片主梁在材料成本上將下降40%。

 

　　由于具有優異的抗疲勞性能，新型碳纖維與玻璃纖維相比在陸上風機設計中也具有明顯的成本優勢。采用新型碳纖維所帶來的重量減輕、疲勞壽命延長等其他優勢，可能會影響整臺風機的設計，從而帶來額外的成本效益和性能提升。

 

　　項目負責人表示，雖然目前市場上尚不存在適合風力發電行業的最佳碳纖維，但新型紡織碳纖維的性能特點對風力發電機所承受的特定負載具有更高的價值。該材料的商業化可以使碳纖維的優勢在風能領域得到更廣泛地發揮，并降低風電的總成本。