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创新材料 + 设计= 经济高效的风能

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虽然风电作为一种清洁能源具有显著的优点,但是要更广泛普及这种清洁能源,还存在成本以及提高发电量的方法等挑战。我们不断研发创新的聚氨酯材料,用以优化叶片设计和帮助提高发电能力。遵循“开创精彩世界”的愿景,科思创希望将聚氨酯材料应用到风能行业中,证明风电能够成为更具竞争力的能源。

通过合作推动风电发展

相较于传统能源,提升风电能源在成本方面的竞争力需要整个风电行业价值链的合作。科思创与顶尖风力发电机叶片设计公司 WINDnovation 联手,评估将聚氨酯用作风力发电机叶片材料的潜在优势。两家公司共同开展研究,在需要更高叶片速度和更高发电量的应用中评估此类材料,以帮助解决行业挑战。

此项研究关注两个关键领域:

  • 更轻质的叶片,需要的原材料更少,产品性能更出色
  • 更高的生产效率,取决于更时间,减少能耗

这些优势能够降低平准化度电成本 (LOCE),该电力度量指标能够统一比较不同发电方法。如果叶片生产成本降低 10% 到 15%,同时减轻叶片重量,延长叶片长度,并保持性能不变,则可以进一步降低平准化度电成本。

新一代风机叶片的先进材料

风电行业正向更长叶片方向发展,推动了支持新型叶片设计要求的材料革新,包括科思创的创新聚氨酯灌注树脂,相比传统玻纤/环氧树脂层具有多个优点。

这种新型聚氨酯树脂在生产用于成型叶片的超大纤维复合材料时,可以快速灌注和快速固化。聚氨酯树脂的初始粘度显著低于环氧树脂,因此在风力叶片生产时可以快速灌注。由于粘度低,聚氨酯树脂比环氧树脂的流动性更好,灌注速度更快。

聚氨酯树脂的固化性能具有许多优势,可在不到 4 小时内几乎完全固化。预固化时间甚至更短,可节约宝贵的加工时间,提高产能利用率。

风电是传统化石燃料的可行替代品,但必须实现更高的效率才能提高其成本竞争力。通过与 WINDnovation 这样的行业专家合作,我们证明,可以通过快速、经济的生产工艺克服这些障碍,制造更轻、更长的叶片,实现更高的发电量。这一风电行业的新发展是推动这种更具持续性能源广泛使用的重要一步。

Dirk Soontjens

科思创全球风电项目负责人

聚氨酯树脂带来巨大不同

WINDnovation 开展的一项基准研究评估了多个叶片特性,分析聚氨酯树脂使用,并研究如何通过最大程度提高聚氨酯的特性增强叶片设计。研究以两个叶片场景为基础:

  • 将环氧树脂一对一更换为聚氨酯树脂,不进行任何优化
  • 利用聚氨酯力学性能优势进行叶片结构优化

计算结果表明,1:1 场景中用聚氨酯直接替换环氧树脂可以略微减轻叶片重量 1.1%。因此,纤维间失效(风机叶片设计的一种关键失效度量指标)和偏转安全余量显著改善。

聚氨酯优化叶片的设计按照新材料的强度特性对叶片结构进行调整。针对此设计,减少主梁铺层数,并调整叶片根部的层数,从而加快和简化灌注过程。

聚氨酯优化的叶片设计还可以减轻叶片重量高达 5%。尤其是对于大型风力发电机来说,减轻叶片重量可以减少疲劳载荷。这使得 WINDnovation 和其他风机叶片设计公司在设计叶片时不仅可以进一步减轻叶片重量,而且成比例减轻其他风力发电机组件(尤其是轮毂)的重量。

主要优势

  • 聚氨酯树脂以更快的灌注和固化速度提高风机叶片生产能力
  • 更快更高效生产降低制造成本
  • 聚氨酯树脂实现更高发电能力、更轻、更长、更坚固的叶片,发电量

白皮书

Wind whitepaper_制造风力发电机叶片的先进聚氨酯树脂: 提升叶片性能,降低叶片成本_Chinese

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