Ar termoplastinio anglies pluošto panaudojimo dalis vėjo jėgainių projektuose žymiai padidės?
Šiuo metu anglies pluošto pramonės plėtra Kinijoje susiduria su kliūtimis. Yra žemos klasės anglies pluošto gamybos pajėgumų perteklius, dėl kurio labai sumažėjo standartinių anglies pluošto gaminių kainos dėl poveikio tolesniam pramonės sektoriui. Tuo tarpu vidutinės ir aukštos klasės anglies pluoštas negali būti gaminamas dideliu mastu dėl didesnių techninių sunkumų, todėl nepatenkinama paklausa aukščiausios klasės srityse, pavyzdžiui, aviacijos pramonėje. Siekiant subalansuoti pasiūlą ir paklausą, kai kurie tyrimai rodo, kad nuolatinis vėjo energijos pramonės augimas galėtų absorbuoti dalį anglies pluošto gamybos pajėgumų. Tačiau kokia yra tikroji situacija vėjo energijos pramonėje? Ar tam reikalingi žemos ar vidutinės ir aukštos klasės anglies pluošto kompozitai?
Anglies pluošto ir dervos matricos įvadas vėjo turbinų mentėse
Vėjo turbinos paprastai susideda iš tokių komponentų kaip rotorius, generatorius, posūkio mechanizmas, bokštas, greičio ribojimo saugos įtaisai ir energijos kaupimo sistemos. Rotorius sudarytas iš kelių ilgų ašmenų, o tai yra pagrindinis šios diskusijos akcentas. Vėjo turbinų mentes daugiausia sudaro pagrindinės medžiagos, matricos medžiagos, armavimo medžiagos ir paviršiaus dangos. Žaliavų kaina gaminant vieną geležtę gali sudaryti iki 70%, daugiausia įskaitant armuojančius pluoštus, matricines dervas, pagrindines medžiagas, konstrukcinius klijus, metalus ir priedus.
Šiuo metu vėjo turbinų mentėse naudojamos armavimo medžiagos daugiausia yra stiklo pluoštas ir anglies pluoštas. Didėjant turbinų dydžiams, didėja ir vėjo turbinų menčių ilgis, todėl kyla didesni bendro standumo reikalavimai. Stiklo pluošto sutvirtinimų našumas pamažu pasiekė kliūtį, todėl pradėjo ryškėti anglies pluošto mechaninių savybių pranašumai. Ši plėtros tendencija leido anglies pluoštui ir kompozitams išsiskirti vėjo energetikos pramonėje, o dėl savo lengvų savybių pranašumo ateityje jie gali pakeisti stiklo pluoštą.
„Kompozitų pritaikymas ir kūrimas didelėse vėjo turbinų mentėse“ atliktas tyrimas rodo, kad anglies pluošto modulis yra 3–8 kartus didesnis nei stiklo pluošto, o jo tankis yra maždaug 30 % mažesnis. Tai leidžia patenkinti tiek didinimo, tiek peilių lengvumo reikalavimus. Remiantis prognozėmis, anglies pluošto prasiskverbimo greitis sausumoje ir jūroje veikiančių vėjo turbinų pagrindinėse sijose palaipsniui didės, todėl labai reikės didelių vėjo turbinų menčių, naudojančių anglies pluošto pagrindines sijas.
Kalbant apie matricinę dervą vėjo turbinų mentėse, pagrindinės naudojamos medžiagos yra epoksidinė derva ir nesočiosios poliesterio dervos. Tarp jų šiuo metu epoksidinė derva yra pagrindinė termoreaktyviųjų anglies pluošto kompozitų sudedamoji dalis dėl mažesnio paruošimo sunkumo, stabilios fizinės formos po liejimo ir puikių bendrų savybių. Todėl jis tapo pagrindine dabartinės anglies pluošto pramonės dalimi. Be to, įvairių dervų tyrimai atskleidė, kad termoplastinės dervos taip pat puikiai suderinamos su anglies pluoštu ir yra palankesnės perdirbimui bei pakartotiniam naudojimui, todėl jos yra svarbi ateities plėtros kryptis.
Ar termoplastinis anglies pluoštas gali pakeisti termoreaktingą anglies pluoštą vėjo turbinų mentėse?
Yra daug tipų termoplastinių dervų, įskaitant polieterio eterio ketoną (PEEK), poliarileterio ketoną (PAEK), polieterio ketoną (PEK), polifenileno sulfidą (PPS), poliamidą (PA) ir polieterio sulfoną (PES). Termoplastinio anglies pluošto kompozitų, sudarytų iš šių dervų kartu su anglies pluoštu, savybės labai skiriasi. Todėl norint plačiai pakeisti termoreaktyvų anglies pluoštą vėjo energijos pramonėje, reikia daugiau tyrimų ir eksperimentų. Prieš tai išsiaiškinkime termoreaktyvaus ir termoplastinio anglies pluošto privalumus ir trūkumus.
1. Termoreaktyvus anglies pluoštas:
A. Kietėjimo procesas: Termoreaktingi anglies pluoštai gamybos metu yra kietinami. Sugijus jų negalima pertvarkyti, o tai nėra palanki antriniam perdirbimui ir perdirbimui.
B. Stiprumas ir standumas: Termoreaktingi anglies pluoštai paprastai pasižymi didesniu stiprumu ir standumu nei kai kurie termoplastiniai anglies pluoštai. Be to, jų atsparumas aukštai temperatūrai ir atsparumas dilimui turi savų privalumų ir trūkumų.
C. Trapumas: Palyginti su termoplastiniais anglies pluoštais, termoreaktingi anglies pluoštai gali būti trapesni ir labiau linkę pažeisti faktinio naudojimo metu.
2. Termoplastinis anglies pluoštas:
A. Perdirbamumas: Vienas reikšmingas termoplastinių anglies pluoštų pranašumas yra jų perdirbamumas; juos galima išlydyti ir perdaryti kelis kartus neprarandant mechaninių savybių.
B. Apdorojimo laikas: Termoplastinio anglies pluošto apdorojimo laikas paprastai yra trumpesnis nei termoreaktingo anglies pluošto, todėl juos galima apdoroti naudojant išmanias gamybos technologijas.
C. Atsparumas smūgiams: Termoplastiniai anglies pluoštai pasižymi geresniu atsparumu smūgiams, palyginti su termoreaktingaisiais anglies pluoštais.
3. Praktinio taikymo palyginimas:
A. Kaina: Termoplastinis anglies pluoštas turi pranašumų apdorojant, kai technologija subrendo, kaina mažesnė, tačiau didelė žaliavų kaina išlieka problema.
B. Technologijų branda: Termoplastinio anglies pluošto technologija ir gamybos procesai gali būti ne tokie brandūs kaip termoreaktingųjų anglies pluoštų, nes pirmojo kūrimo laikas yra trumpesnis, tačiau jis turi didesnį potencialą.
Apibendrinant galima teigti, kad nors termoplastiniai anglies pluoštai tam tikrose srityse turi didelių pranašumų, plačiai paplitęs termoreaktingo anglies pluošto pakeitimas vėjo turbinų mentėse reikalauja tolesnių tyrimų ir plėtros.
Ar termoplastinio anglies pluošto panaudojimo dalis vėjo jėgainių projektuose žymiai padidės?
Šiuo metu termoplastinio anglies pluošto panaudojimo dalis vėjo jėgainių projektuose yra gana maža ir neaišku, ar ateityje ji labai padidės. Taip yra todėl, kad termoreaktingų anglies pluošto kompozitų teikiami pranašumai, tokie kaip lengvos savybės, didelis stiprumas ir didelis standumas, jau atitinka dabartinius naudojimo poreikius. Netgi žemesnės klasės anglies pluoštas gali užtikrinti tinkamą našumą, o tai yra viena iš priežasčių, kodėl žemesnės klasės anglies pluoštai buvo pradėti naudoti vėjo energijos pramonėje, siekiant subalansuoti pasiūlą ir paklausą anglies pluošto sektoriuje.
Tačiau vėjo energijos pramonė vystosi, o anglies pluošto pramonė taip pat vystosi. Lygiai taip pat, kaip stiklo pluošto našumas pasiekė kliūtis, termoreaktingo anglies pluošto taikymas vėjo energijos sektoriuje ateityje taip pat gali susidurti su apribojimais. Gali būti ieškoma greitesnių apdorojimo technologijų, visapusiškesnių anglies pluošto kompozitų ir dervos matricų, kurios mažiau teršia aplinką. Būtent šiose srityse išsiskiria termoplastinis anglies pluoštas. Dėl šios priežasties daugelis įmonių ir institucijų, tiek šalies, tiek tarptautiniu mastu, yra įsipareigojusios tirti termoplastinį anglies pluoštą.
