NREL的先進制造研究使風力渦輪機葉片朝著可回收性的方向發展

一種可循環利用的新型風輪機材料可以改變風能行業，使可再生能源比以往任何時候都更具可持續性，同時降低了流程成本。

熱塑性樹脂的使用已在國家可再生能源實驗室(NREL)進行了驗證。研究人員通過使用這種新型樹脂制造9米長的風力渦輪機 葉片，證明了熱塑性樹脂的可行性，該葉片由賓夕法尼亞州一家名為Arkema Inc.的公司開發。研究人員現已驗證了13米長的熱塑性復合材料的結構完整性刀片，也由NREL制造。

除了可回收性方面，熱塑性樹脂還可以使葉片更長，重量更輕且成本更低。使用當前的熱固性樹脂系統制造葉片需要在制造工廠中消耗更多的能量和人力，并且最終產品經常會被填埋。

NREL的高級工程師Derek Berry說：“使用熱固性樹脂系統，幾乎就像您煎雞蛋一樣。您無法扭轉這種情況。” “但是使用熱塑性樹脂系統，您可以用它制成刀片。將其加熱到一定溫度，然后融化下來。您可以將液態樹脂取回并重新使用。”

Berry是題為“熱塑性復合材料風力渦輪機葉片和熱固性復合材料風力渦輪機葉片的結構比較”的新論文的合著者，該論文發表在《可再生能源》雜志上。

同樣來自NREL的其他作者是Robynne Murray，Ryan Beach，David Barnes，David Snowberg，Samantha Rooney，Mike Jenks，Bill Gage，Troy Boro，Sara Wallen和Scott Hughes。

NREL還開發了一種技術經濟模型，以探索在葉片中使用熱塑性樹脂的成本優勢。當前的風力渦輪機葉片主要由復合材料制成，例如注入熱固性樹脂的玻璃纖維。對于環氧熱固性樹脂，制造過程需要使用額外的熱量來固化樹脂，這增加了葉片的成本和循環時間。然而，熱塑性樹脂在室溫下固化。該過程不需要那么多人工，這大約占刀片成本的40%。研究人員確定，這種新工藝可以使刀片的制造成本降低約5%。

NREL在科羅拉多州博爾德附近的Flatirons校園內擁有復合材料制造教育和技術(CoMET)設施。在那里，研究人員設計，制造和測試復合材料渦輪機葉片。他們先前通過制造9米的復合材料風力渦輪機葉片證明了熱塑性樹脂系統的可行性。他們在演示之后，制造并在結構上驗證了與近乎相同的熱固性刀片相比的13米熱塑性復合材料刀片。這項工作，加上阿科瑪和其他高級復合材料制造創新研究所的合作伙伴的工作，證明了擺脫熱固性樹脂系統的優勢。

穆雷說：“由于風的作用，熱塑性材料從葉片上的負荷中吸收了更多的能量，這可以減少這些負荷對渦輪機系統其余部分的磨損，這是一件好事。”

熱塑性樹脂還可以使制造商在現場制造葉片，從而減輕了行業朝著越來越大和更長的葉片發展時所面臨的問題。隨著葉片尺寸的增加，如何從制造工廠運輸葉片的問題也在增加。