阻力型扇形风机叶片使风能捕获率高达98%

文章关键词： 高模量碳纤维/环氧树脂 扇形风电叶片

       美国Xenecore公司是一家致力于开发更高捕风能力风力涡轮机叶片的公司，该公司正在利用其复合材料领域的专业知识，设计并开发扇形风力叶片，即使在低风速条件下也能基于阻力实现高能量捕获。

       众所周知，大多数风机都有细长的翼形叶片，主要利用升力发电。而根据德国物理学家阿尔伯特·贝茨著名的关于风能捕获和叶片设计的贝茨定律。叶片使用升力最多只能捕获风能的59%。

       Xenecore团队设计了一种单体壳结构扇形叶片，并命名为Fanturbine。该叶片以碳纤维增强环氧树脂复合材料制成上下蒙皮，以Xenecore热塑性微珠膜为芯材，上下蒙皮经工字型肋条加固，形成结构类似于棕榈叶的叶片结构。

       叶片为单体壳结构，使用高模量碳纤维增强环氧树脂复合材料，采用一步法模压成型工艺制造，最大程度地提高强度和结构稳定性，同时兼顾轻量化和使用寿命。目前，Fanturbine叶片尺寸仅为3×3英尺，下一步将继续逐渐大型化，方能与传统叶片相匹敌。

       在叶片的制造过程中，用作叶片蒙皮和肋条的碳纤维织物被放入上下铝合金模具中，多层Xenecore热塑性微珠薄膜纸铺于蒙皮之上顶部。模具闭合后，在温度和压力作用下，微珠膨胀行程轻质结构泡沫与上下蒙皮紧密结合，从而形成无需密封、胶接，但含有肋条结构的单体部件。

       根据Xenecore公司的模拟，在理想条件下，扇形风机理论上可以实现最大98%的风能捕获。此外，该叶片还可以承受高达每小时376英里的风速，远远高于飓风的最高速度。

       2022年，Xenecore开始生产3×3英尺叶片的5千瓦小型涡轮机，将其销售给南美的分销商，并在全球范围内在线销售。这些小型发电系统能够取代功率相似的太阳能电池板，除了性能更好，运行成本也仅为三分之一。
目前，该公司正在寻找投资者和合作伙伴，以帮助将该技术推向下一阶段。为了证明这项技术，Xenecore下一步的目标是在改造退役的风力涡轮机塔架上建造并安装一台1MW的扇形涡轮机。

文章关键词： 高模量碳纤维/环氧树脂 扇形风电叶片