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2016年10月-2019年4月，美國能源部桑地亞國家實驗室的能量效率與可再生能源辦公室（DOE, Sandia National Laboratory，簡寫SNL， Office of Energy Efficiency and Renewable Energy）承擔了風電葉片用碳纖維復合材料優(yōu)化設計項目。 項目主要目的在于評估具有成本競爭力的風電葉片用碳纖維復合材的商業(yè)化可行性，項目主要針對美國能源部橡樹嶺國家實驗室（DOE Oak Ridge National Laboratory， 簡寫ORNL）研發(fā)的紡織品級低成本碳纖維與商業(yè)化的Zoltek卓爾泰克PX35碳纖維綜合性能和成本對比。 關于Zoltek PX35碳纖維可以參見本公眾號前期文章《一文解析日本東麗-Zoltek公司PANEX35碳纖維的特性及應用》。項目最后通過碳纖維復合材料風電葉片結構的優(yōu)化設計評估了實際應用的可行性。任務承擔單位除了SNL、ORNL以外，還有蒙大拿州立大學Montana state university（MSU）。本文將對該項目主要進展進行綜述分析。 對于碳纖維復合材料而言，風電葉片領域與航空航天領域存在顯著差異，因為航空航天用碳纖維復合材料主要受性能驅動，而對于風電葉片領域，更加關注的是原材料的成本。 對于風電葉片生產商而言，往往是基于市場商品化原材料來開展結構設計，尤其是對于具有成本優(yōu)勢的大絲束碳纖維。 本項目使用低成本碳纖維為ORNL低成本研發(fā)中心生產的紡織品級碳纖維，同時利用MSU大學檢測條件針對力學性能進行分析，最后由SNL進行風電葉片優(yōu)化設計（圖1）。 圖1 項目主要分工內容  主要研究進展 圖2 大絲束低成本成本組成及分析 進一步通過在風電葉片設計中針對原材料性能進行優(yōu)化，針對成本而言ORNL研發(fā)碳纖維成本可以控制在$8.38-11.01/kg，而商品化產品為$16.44/kg。 經過測試表明，材料綜合性能相差不明顯，如在拉伸強度上ORNL開發(fā)碳纖維略高于商品化碳纖維。 圖3 風電葉片結構優(yōu)化設計 （歡迎分享，轉載請注明出處） |
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