今天的涡轮组件可以分为塔,叶片,和短舱(包括涡轮动力传动系统),每一个都有严格的和多样化的物质需求。
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正在过渡到一个脱碳能源部门把风能作为当今发展最快的能源之一,成千上万的风力涡轮机给全世界超过740兆瓦的容量。气候目标以满足巴黎协议,这种能力必须提高近10倍到2050年根据国际可再生能源机构(IRENA)(风的未来,2019)。
这地方继续优化风力涡轮机效率至关重要,耐用性,可回收性,通过智能工程设计和材料选择和成本效益。
历史材料和设计欧洲杯足球竞彩
第一个风力发电机产生的电力是由1887年詹姆斯切和动力苏格兰发明家的度假小屋。涡轮与一个木制三脚架塔高10米,半圆柱形帆布帆,和一个垂直的主旋翼轴。
接下来的几十年里看到这个设计和材料选择的发展与不同程度的成功。例如,1945年世界上最大的涡轮机时遭受了灾难性的失败的两个钢叶片经过几年的间歇性使用,同时稍微后三叶的复合结构的设计操作退役前11年免费维修和安装在丹麦能源博物馆(Mishnaevsky et al ., 2017)。
直到1970年代,由于燃料价格飙升,快速发展和涡轮设计和材料开始收敛了今天这些常见。欧洲杯足球竞彩这包括钢管塔,三个复合刀片,水平主旋翼轴。
塔
使用更高的风速和湍流更高海拔地区,涡轮塔高度可以达到近180。这将导致巨大的静态、动态和周期性荷载等因素的涡轮机的自重,风切变和叶片的转动。
能抵抗屈曲的载荷,塔通常由钢管制造的部分和锥形顶部。虽然标准结构合金钢(S235和S355)通常是使用,各种地基共同海外高水平的腐蚀和波加载的应用程序中,也必须考虑(Igwemezie et al ., 2018)。
应对运输的限制和成本越来越高的大型钢底部分塔,提供混合建筑越来越受欢迎。它使用混凝土塔下部的同时保持小直径钢管部分更高,这会导致涡轮总成本节约超过12%,提高结构刚度(黄et al ., 2022;陈et al ., 2020)。
叶片
涡轮叶片可以达到180英里每小时的速度在他们的技巧和受到巨大的空气动力学,惯性,陀螺负载。因此,他们必须由僵硬和轻质材料耐高疲劳。欧洲杯足球竞彩
通过展示这些属性,玻璃纤维增强聚合物(GFRP)已成为最常见的材料叶片结构。根据叶片的位置,它是采用单片或结合的核心材料,如木材三明治结构。
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GFRP叶片通常使用热固性聚合物基质和包含大约75 wt. %玻璃纤维纵向钢筋。替代品取代或恭维玻璃纤维包括碳,芳纶,玄武岩,给硬,更轻,更昂贵的复合材料。
追求更高容量的发电机继续延长叶片(现在达到118米)和驱动这些复合材料的发展。一个可能的未来发展在于nano-reinforcements的夹杂物,如碳纳米管或石墨烯在复合矩阵。这将大大增加叶片的寿命和促进长叶片通过提高材料强度,韧性,抗疲劳强度(周et al ., 2016;马、张,2014)。
发动机舱和发电机
发动机舱指的防护罩上的钟楼,而涡轮动力传动系统(包括发电机、齿轮箱和低收入和高速轴)。虽然比涡轮叶片大大减少严重载荷作用下,发动机舱也普遍采用GFRP三明治结构。核心材料是典型的聚合物泡沫,也形成了加强剂通常出现在发动机舱维护工人和设备的支持。2020欧洲杯下注官网
大部分涡轮动力传动系统是由各种合金钢,铸铁,发电机,然而,可以包含更多的各种各样的材料根据不同的类型。欧洲杯足球竞彩最常见的是双馈感应发电机(DFIG),主要包含磁性钢和铜。
然而,最受欢迎的发电机类型与新风机和特别是离岸永磁发电机(体)。体更小、更轻、更高效和更可靠的比等效DFIGs,但有一个更高的资本费用。这部分成本是由于稀土元素的存在与磁性钢和铜,包括钕(Nd)、镨(Pr), (Dy)镝和铽(Tb) (Lacal-Arantegui, 2015)。
发电机的更小的尺寸、更轻的重量和更高效的操作比体出现接近商业化。这种发电机使用超导转子绕组,在高(-180°C)或低(-260°C)的温度,给一个更强的磁场,并可能满足对大容量发电机的需求。
去年,涡轮与高温超导体(高温超导)发电机成功审判在丹麦为6个月。尽管资本成本高于体由于超导线(含钆和钡)和低温(液态氦),高温超导发电机显示巨大的承诺作为一个具有成本效益和高性能的解决方案,特别是对于大型涡轮机超过10兆瓦的容量(SKF, 2021)。
引用和进一步阅读
Irena.org。2019年。未来的风。(在线)可以在:<https://www.irena.org/publications/2019/Oct/Future-of-wind>(2022年2月23日通过)。
Mishnaevsky, L。清净机,K。彼得森,H。Beauson, J。,m和Sørensen McGugan B。,2017年。欧洲杯足球竞彩风力涡轮叶片材料:概述。欧洲杯足球竞彩,10 (11)。https://www.mdpi.com/1996-1944/10/11/1285
Igwemezie, V。迈赫曼帕拉斯特,A .和Kolios。,2018年。欧洲杯足球竞彩XL风力涡轮机的材料选择支持结构:腐蚀疲劳的角度来看。海洋结构,61年,pp.381 - 397。https://www.欧洲杯线上买球sciencedirect.com/science/article/pii/S0951833917304859
黄,X。李,B。周,X。朱、王、y和R。,2022年。几何优化分析核心筒混合风力发电机塔。结构35岁pp.1125 - 1137。https://www.欧洲杯线上买球sciencedirect.com/science/article/pii/S2352012421007487
陈,J。李,j .他X。,2020年。优化设计核心筒混合风力发电机塔基于改进遗传算法。高和特殊建筑物的结构设计29日(10)。https://www.researchgate.net/publication/340255062_Design_optimization_of_steel-concrete_hybrid_wind_turbine_tower_based_on_improved_genetic_algorithm
周,H。Mishnaevsky, L。,咦,H。刘,Y。,胡锦涛,X。戴、斗士、a和G。,2016年。碳/碳纳米管纤维增强复合材料分层:问分布对剪切强度的影响。复合材料B部分:工程,88年,pp.201 - 211。https://www.欧洲杯线上买球sciencedirect.com/science/article/pii/S1359836815006654
马,p和张,Y。,2014年。视角的碳纳米管/聚合物纳米复合材料风电叶片材料。欧洲杯足球竞彩可再生能源和可持续能源的评论30岁的pp.651 - 660。https://www.欧洲杯线上买球sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032113007570
Lacal-Arantegui, R。,2015年。欧洲杯足球竞彩材料用在风力涡轮发电机——先进的和未来的规范。《清洁生产,87年,pp.275 - 283。https://www.欧洲杯线上买球sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652614009779
SKF, 2021年。高输出。低体重。风能的超导的未来。(在线)风电场管理博客。可以在:<https://windfarmmanagement.skf.com/high-output-low-weight/>(2022年2月24日通过)。
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