石油價格、天然氣價格和環(huán)境力這些都是驅(qū)動風(fēng)能發(fā)展的關(guān)鍵因素。事實上,風(fēng)能在各種替代能源中的回報率最高,這一優(yōu)勢吸引了新的“參與者”進(jìn)入能源領(lǐng)域。
隨著傳統(tǒng)石油和天然氣價格的上漲,對替代能源的需求也在增加。相反,石油和天然氣價格下跌就會導(dǎo)致替代品需求的減少。自2008年以來,高壓水砂破裂法顯著降低了天然氣的價格,同時,在美國,這一事件也對風(fēng)能的經(jīng)濟(jì)效益帶來了顯著的效果。
在全球風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域,風(fēng)力渦輪機行業(yè)已成為世界上最大的塑料復(fù)合材料市場之一。根據(jù)世界風(fēng)能協(xié)會(WWEA)最近的數(shù)據(jù),截至2013年上半年,全球增加了14千兆瓦(GW)的風(fēng)能,達(dá)到296GW。在2013年下半年,預(yù)計全球?qū)⒃黾?2GW的容量,預(yù)計下一年達(dá)到35.7GW,遠(yuǎn)低于2012年增加的44.6GW。
到2013年底,預(yù)計總風(fēng)電裝機容量將達(dá)到318GW,足以提供全球近4%的電力需求。由于美國的特殊情況,導(dǎo)致了裝置數(shù)目未能達(dá)到預(yù)期。專家預(yù)計,全球風(fēng)能市場將能夠從2013年的下降中恢復(fù)過來,并在2014年創(chuàng)下新紀(jì)錄。
風(fēng)能裝機容量增長
五個風(fēng)能國家主要是:中國,美國,德國,西班牙和印度,共占全球風(fēng)能的73%。2013年上半年,四個國家的總裝機容量超過1GW - 中國(新增產(chǎn)能5.5GW),英國(1.3GW),印度(1.2GW)和德國(1.1GW)。然而在2012年,只有三個國家的市場容量超過1GW。
現(xiàn)在,約有83個國家擁有商業(yè)風(fēng)電裝置,其中24個國家通過了1 GW的水平。
各國風(fēng)能裝機容量
在技術(shù)方面,風(fēng)能發(fā)展的趨勢是使用更大,更輕的葉片,以捕獲更多的風(fēng),同時降低轉(zhuǎn)動的慣量。由渦輪機截獲的風(fēng)與其葉片長度的平方成比例。然而,渦輪機的最大葉片長度受到其材料的強度和剛度的限制。行業(yè)內(nèi)正在尋求更先進(jìn)的樹脂和纖維材料以及加工技術(shù),以開發(fā)更長的輕型渦輪葉片。
目前行業(yè)內(nèi)正在開發(fā)新技術(shù)來制造更大的渦輪葉片,這種渦輪葉片不需要模具,同時也解決了大型葉片的典型運輸難題。研究人員正在開發(fā)一種織物葉片,這種葉片是通過將建筑織物張拉在風(fēng)力葉片空間框架的桅桿和肋條上而形成的。基于織物的刀片可以進(jìn)行新設(shè)計,包括改變形狀以適應(yīng)不斷變化的風(fēng)況的葉片。
適應(yīng)風(fēng)力條件的智能葉片將顯著提高能量產(chǎn)出。各種研究人員正在探索如何將無線傳感器技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)力渦輪機葉片,以更好地預(yù)測風(fēng)的變化并調(diào)整渦輪機的運行,優(yōu)化能量產(chǎn)出并最小化結(jié)構(gòu)上的負(fù)載。
垂直軸風(fēng)力渦輪機(VAWT)正在開發(fā)用于大型海上風(fēng)力渦輪機。桑迪亞國家實驗室正在對海上使用的VAWT的可行性進(jìn)行全面研究。
海上風(fēng)電開發(fā)可擴展性選項
風(fēng)能和太陽能獲得的電力生產(chǎn)獲得了越來越多的市場份額,電能存儲能力對電網(wǎng)穩(wěn)定性將越來越重要。技術(shù)創(chuàng)新將使風(fēng)能和海洋能比其他形式的清潔能源具有更多的競爭力。數(shù)以萬計的海洋能源設(shè)備的設(shè)計、開發(fā)和測試,目前仍主要處于研發(fā)階段。
在惡劣的海洋環(huán)境下,努力改善設(shè)計和性能,減少昂貴的維護(hù)程序并延長運行壽命,這些因素都給塑料開發(fā)提供了大量的機會。隨著塑料創(chuàng)新發(fā)揮關(guān)鍵作用,風(fēng)能和波浪/潮汐開發(fā)有望幫助滿足不斷增長的全球能源需求。
盡管存在問題,熱塑性塑料在風(fēng)能領(lǐng)域仍具有很多機會。盡管存在諸如大規(guī)模加工,熱塑性復(fù)合材料的靜態(tài)和疲勞性能,吸濕性和成本等仍然具有許多問題,但模具周期時間短,易于維修和可回收性仍然使熱塑性塑料對各類葉片制造商具有強大的吸引力。
采用經(jīng)濟(jì)高效的先進(jìn)復(fù)合輕量化設(shè)計(WALiD)聯(lián)盟的風(fēng)力發(fā)電機組正在嘗試在海上風(fēng)力渦輪機葉片的某些部件中使用熱塑性復(fù)合材料取代熱固性復(fù)合材料。這項為期四年的項目于2013年3月啟動,準(zhǔn)備將熱塑性復(fù)合材料引入葉片根部,尖端,殼體芯和抗剪腹板。
WALiD熱塑性復(fù)合風(fēng)葉片開發(fā)
WALiD項目的目標(biāo)是:
·改進(jìn)葉片根部設(shè)計,連接概念和尖端—葉片上的應(yīng)變分析將使高性能熱塑性復(fù)合材料能夠取代熱固性組件,從而節(jié)省成本和重量。
·用熱塑性泡沫材料替換殼芯—可以將芯材的密度修改為特定載荷,優(yōu)化重量/穩(wěn)定性曲線,以通過自動化流程實現(xiàn)更快的加工。
·改進(jìn)剪切腹板設(shè)計的模塊化概念—通過熱塑性復(fù)合結(jié)構(gòu)替換現(xiàn)有的熱固性材料,以確保輕量化,負(fù)載優(yōu)化設(shè)計。
·開發(fā)纖維增強熱塑性涂層—提高刀片的耐環(huán)境性,防結(jié)冰性和耐磨性。
WALiD財團(tuán)將為該項目提供總計510萬歐元的資金,由11個歐洲組織組成,包括:
·德國弗勞恩霍夫化學(xué)技術(shù)研究所和Windrad工程有限公司;
·來自英國的Smithers Rapra和Smithers Pira Ltd;
·TNO荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織,PPG工業(yè)公司,F(xiàn)iber Glass BV公司和荷蘭NEN公司;
·來自塞浦路斯的APT Archimedes Polymer Technologies;
·Norner AS來自挪威;
·來自丹麥的Comfil ApS;
·Loiretech SAS; 來自法國的Coriolis Composites SAS;
該項目的預(yù)期成果主要是:
·刀片重量減輕
·經(jīng)濟(jì)節(jié)省
·提高刀片的耐用性
·刀片壽命(20年)后出色的可回收性(文章來源于網(wǎng)絡(luò))