Да ли ће се удео примене термопластичних угљеничних влакана у пројектима енергије ветра значајно повећати?
Тренутно се развој индустрије угљеничних влакана у Кини суочава са уским грлима. Постоји превелика понуда капацитета за производњу угљеничних влакана ниске класе, што је довело до значајног смањења цена стандардних производа од угљеничних влакана због утицаја на низводне индустрије. У међувремену, угљенична влакна средњег и високог квалитета не могу се производити у великим размерама због већих техничких потешкоћа, што резултира незадовољеном потражњом у врхунским областима као што је ваздухопловство. Да би се уравнотежила понуда и потражња, неке студије сугеришу да би стални пораст индустрије енергије ветра могао да апсорбује део капацитета производње угљеничних влакана. Међутим, какво је стварно стање у ветроелектранама? Да ли су за то потребни ниски или средњи до врхунски композити од угљеничних влакана?
Увод у матрицу од угљеничних влакана и смоле у лопатицама ветрогенератора
Ветротурбине се углавном састоје од компоненти као што су ротор, генератор, механизам за скретање, торањ, сигурносни уређаји за ограничавање брзине и системи за складиштење енергије. Ротор се састоји од неколико дугих лопатица, што је главни фокус ове расправе. Лопатице ветрогенератора се првенствено састоје од материјала језгра, материјала матрице, материјала за ојачање и површинских премаза. Трошкови сировина у производњи једне оштрице могу износити и до 70%, углавном укључујући ојачавајућа влакна, матричне смоле, материјале за језгро, структуралне лепкове, метале и додатке.
Тренутно, материјали за ојачање који се користе у лопатицама ветротурбина су углавном стаклена влакна и угљенична влакна. Како се величина турбина повећава, расте и дужина лопатица ветротурбина, што доводи до већих захтева за општом крутошћу. Перформансе ојачања стакленим влакнима постепено су достигле уско грло, у ком тренутку су почеле да се појављују предности механичких перформанси угљеничних влакана. Овај тренд развоја омогућио је да се карбонска влакна и композити истичу у индустрији енергије ветра, а са својом инхерентном предношћу лаганих својстава, они могу заменити стаклена влакна у будућности.
Истраживања из „Примена и развој композита у великим лопатицама ветротурбина“ показују да је модул карбонских влакана 3 до 8 пута већи од модула стаклених влакана, док је његова густина око 30% мања. Ово омогућава да се испуне захтеви и за повећање величине и за смањење тежине ножева. Према пројекцијама, стопа продирања угљеничних влакана у главне греде ветротурбина на копну и мору ће се постепено повећавати, а постоји значајна потреба за великим лопатицама ветротурбина које користе главне греде од угљеничних влакана.
Што се тиче матричне смоле у лопатицама ветротурбина, епоксидна смола и незасићена полиестерска смола су примарни материјали који се користе. Међу њима, епоксидна смола је тренутно главна компонента термореактивних композита од угљеничних влакана због мање тешкоће припреме, стабилног физичког облика након обликовања и одличних укупних перформанси. Стога је постао кључни део тренутне индустрије угљеничних влакана. Штавише, истраживање различитих смола је открило да термопластичне смоле такође имају високу компатибилност са угљеничним влакнима и погодније су за рециклажу и поновну употребу, што их чини важним правцем за будући развој.
Да ли термопластична карбонска влакна могу заменити термореактивна карбонска влакна у лопатицама ветрогенератора?
Постоји много врста термопластичних смола, укључујући полиетар етар кетон (ПЕЕК), полиарилетер кетон (ПАЕК), полиетар кетон (ПЕК), полифенилен сулфид (ППС), полиамид (ПА) и полиетар сулфон (ПЕС). Перформансе термопластичних композита од угљеничних влакана формираних од ових смола у комбинацији са угљеничним влакнима веома варирају. Стога, да би се широко заменила термореактивна карбонска влакна у индустрији енергије ветра, потребно је више истраживања и експеримената. Пре тога, хајде да прво разумемо предности и недостатке термореактивних и термопластичних угљеничних влакана.
1. Термосетирајућа карбонска влакна:
A. Процес очвршћавања: Термореактивна карбонска влакна пролазе кроз процес очвршћавања током производње. Једном излечени, не могу се преобликовати, што није погодно за секундарну обраду и рециклажу.
B. Снага и крутост: Термореактивна угљенична влакна обично показују већу снагу и крутост од неких термопластичних угљеничних влакана. Поред тога, њихова отпорност на високе температуре и отпорност на хабање имају своје предности и мане.
C. Крхкост: У поређењу са термопластичним угљеничним влакнима, термореактивна угљенична влакна могу бити ломљивија и склонија оштећењима током стварне употребе.
2. Термопластична карбонска влакна:
A. Рециклабилност: Једна значајна предност термопластичних угљеничних влакана је њихова могућност рециклирања; могу се топити и преобликовати више пута без значајног губитка механичких својстава.
B. Време обраде: Време обраде термопластичних угљеничних влакана је генерално краће од термореактивних угљеничних влакана и могу се прерађивати коришћењем паметних производних техника.
C. Отпорност на удар: Термопластична угљенична влакна показују бољу отпорност на удар у поређењу са термореактивним угљеничним влакнима.
3. Практично поређење апликација:
A. Цост: Термопластична угљенична влакна имају предности у преради, са нижим трошковима када технологија сазре, али висока цена сировина остаје проблем.
B. Технолошка зрелост: Технологија и производни процеси за термопластична угљенична влакна можда нису толико зрели као они за термореактивна угљенична влакна, пошто прва имају краћи временски рок развоја, али имају већи потенцијал.
Укратко, док термопластична угљенична влакна показују значајне предности у одређеним областима, широко распрострањена замена термореактивних угљеничних влакана у лопатицама ветротурбина захтеваће даље истраживање и развој.
Да ли ће се удео примене термопластичних угљеничних влакана у пројектима ветроелектране значајно повећати?
Тренутно је удео примене термопластичних угљеничних влакана у пројектима ветроелектране прилично мали, и неизвесно је да ли ће се значајно повећати у будућности. То је зато што предности које нуде термореактивни композити од угљеничних влакана – као што су лагана својства, висока чврстоћа и висока крутост – већ испуњавају тренутне захтеве употребе. Чак и карбонска влакна ниже класе могу пружити адекватну подршку перформансама, што је један од разлога зашто су угљенична влакна ниже класе уведена у индустрију енергије вјетра како би се уравнотежила понуда и потражња у сектору карбонских влакана.
Међутим, индустрија енергије ветра се развија, а развија се и индустрија угљеничних влакана. Баш као што су перформансе стаклених влакана достигле уско грло, примена термореактивних угљеничних влакана у сектору енергије ветра такође може наићи на ограничења у будућности. Можда постоји потрага за бржим технологијама обраде, свеобухватнијим перформансама од композита од угљеничних влакана и смоластих матрица које мање загађују животну средину. То су управо области у којима термопластична угљенична влакна предњаче. То је такође разлог зашто су многе компаније и институције, како домаће тако и међународне, посвећене истраживању термопластичних угљеничних влакана.
