Жел турбинасының қанатының "арықтауы": Көміртегі талшық жел энергиясындағы тиімділікті қалай арттырады және шығындарды қалай төмендетеді

Жел турбиналары «үлкенірек, биікірек және берікірек» болу бағытында дамып жатқан сайын, аспанда баяу айналып тұрған қанаттар бірте-бірте «арықтау революциясы» арқылы өтіп жатқанын байқадыңыз ба? Бұл революцияның негізгі қаруы — «қара алтын» деп аталатын көміртегі талшық материалы.

Жел турбинасы қанаттарының «салмақ өсуі мәселесі»

Жел энергетикасының дамуына байланысты жел қозғалтқышының жапырақшаларының ұзындығы ондаған метрден 100 метрден астамға дейін ұзарды. Жапырақшалардың ұзындығының өсуі салмақтың кубына пропорционал өсуіне әкеледі, бұл төмендегідей қиындықтар туғызады:

(1) Жапырақшалардың салмағының артуы жүктемені арттырады, сондықтан берік башни мен негізгі құрылымдар қажет.
(2) Материалдардың құнының өсуі және тасымалдау мен орнату кезіндегі қиындықтардың артуы.
(3) Тозуға шыдамдылықтың төмендеуі және жөндеу құнының артуы.

Ұзақ жапырақшалар үшін жеңілдету мен жоғары беріктіктің екі талабын қанағаттандыру үшін дәстүрлі шыны талшықты композиттерге қиындық туғызады. Өнеркәсіпке «арықтау шешімі» өткір қажет.

Көміртегі талшық: Ветродвигатель жапырақшаларының пішін беруші шебері

Көміртегі талшықты композиттер шыны талшыққа қарағанда 30%-40% жеңіл, бірақ оның беріктігі 3-5 есе жоғары. Бұл өте жоғары сапа жел қозғалтқышының жапырақшалары үшін «салмағын азайтып, бұлшық етін көбейту» мақсатында идеалды материал болып табылады:

● Елеулі салмақты азайту артықшылықтары:
Көміртегі талшықтан жасалған негізгі арқауды қолданатын 80 метрлік желқанат шыны талшықтан тұтас жасалған желқанатқа қарағанда салмағын 20-30% жеңілдетеді, бұл әрбір желқанаттан бірнеше тонна салмақты «түсіру» деген сөз.

● Жалпы беріктік пен қаттылықты арттыру:
Көміртегі талшықтың меншікті беріктігі мен қаттылығы жоғары болғандықтан, желқанаттар күштірек жел жүктемелеріне шыдай алады, деформацияны азайтады және аэродинамикалық тиімділікті арттырады.

● Ерекше шаршауға төзімділік:
Шыны талшықпен салыстырғанда көміртегі талшықты композиттер шаршауға төзімділігі жақсырақ болып келеді, желқанаттың жұмыс істеу мерзімін ұзартады және цикл бойынша жалпы шығындарды төмендетеді.

Шығындарды төмендетудің және тиімділікті арттырудың екі еселі пайдасы
Берілген қолдану көміртегі талшық желқанаттардың салмағын жеңілдетумен қатар жел энергетикасы саласына нақты экономикалық пайда әкеледі:

Шығындарды қысқарту:

(1) Желқанат салмағының азаюы мұнара мен фундамент сияқты қолдау конструкцияларын тиімдеуге мүмкіндік береді және жалпы құрылыс шығындарын төмендетеді
(2) Көлік және орнату шығындарының төмендеуі, әсіресе таулы аймақтар мен теңізден тыс аймақтар сияқты күрделі алаңдар үшін
(3) Техникалық қызмет көрсетудің жиілігінің төмендеуі эксплуатация мен техникалық қызмет көрсетуге кететін шығындарды үнемдеуге әкеледі

Өнімділікті арттыру:

(1) Жеңіл жапырақшалар тез іске қосылу мен өшіруді қамтамасыз етіп, жел энергиясын ұстап алу әсерін арттырады
(2) Ұзын жапырақша үлгілерін мүмкіндік береді, айналу аймағын ұлғайтып, бір өлшем бірлігінің электр энергиясын өндіру қуатын арттырады
(3) Қондырғының сенімділігін арттырады және электр энергиясын өндірудегі жоғалтуларды азайтады

Инновациялық технологиялар шығындарды төмендетеді

Бұрын көміртегі талшықтарының жоғары құны оның жел энергетикасында кеңінен қолданылуына негізгі кедергі болды. Алайда соңғы жылдары әртүрлі инновациялық технологиялар осы жағдайды өзгертуде:

● Үлкен талшықты көміртегі талшығы
Әуежай қолданбаларында қолданылатын ұсақ талшықты көміртегі талшығымен салыстырғанда, үлкен талшықты көміртегі талшығы өндіріс шығындарын 30%-дан 50% дейін қысқартып, жел энергетикасында массалық қолданысқа жол ашады

● Пресформа технологиясы
Дәстүрлі мата жинау әдісінің орнына пресформаларды қолдану материалдардың кетуін азайтады және өндіріс тиімділігін арттырады.

● Қайта өңдеу технологиясындағы жаңашыл істер
Көміртек талшығын қайта өңдеу әдістері жетіліп, болашақта «өндіру-қолдану-қайта өңдеу» шеңберлік экономикалық үлгісі пайда болуы мүмкін, бұл шығындарды одан әрі төмендетеді.

Болашақ көзқарас: Жеңілірек, беркейінек, ақылдырақ

Көміртек талшығының жел турбиналарының қанаттарында қолданылуы дамып отыр:

● Гибридтік дизайн технологиясы
Қанаттың жоғары кернеу аймақтарында ғана көміртек талшығы қолданылады, ал басқа бөліктерде шыны талшық сақталады, осылайша өнімділік пен құны арасында оптималды тепе-теңдік қамтамасыз етіледі.

● Біріктірілген калыптау процесі
Жаңа процестер жабыстыру тігістерін азайтады, қанаттың бүтіндігі мен сенімділігін арттырады.

● Ақылды жалғақтар

Көміртегі талшықтың сенсорлық қасиеттерін пайдалана отырып, болашақтағы жалғақтар денсаулықты бақылау және интеллектуалды басқару үшін оптикалық талшық сенсорларын интеграциялауы мүмкін.

Көміртегі талшық өзінің ерекше «арықтау әдісі» арқасында жел турбинасының жалғақтарын жеңілдетуде көмектеседі. Бұл материалдық революция жеке турбиналардың электр энергиясын шығару тиімділігін арттырумен қатар жел энергиясының толық циклдық құнын төмендетіп, таза энергияның экономикалық тиімділігі мен тиімділігін арттыруға ықпал етеді.

Технологияның дамуына және масштабтық үнемдеуге байланысты көміртегі талшық жел энергетикасында кеңінен қолданылатын болады. Болашақта бұл ағымды жалғақтар әлемнің көбірек аймақтарында айналып, адамзатқа таза, қолжетімді жасыл электр энергиясын жеткізеді.