Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Những Thách Thức Hiện Tại trong Phát Triển Năng Lượng Gió: Các Khía Cạnh Khoa Học Vật Liệu
Tóm tắt
Bài báo này đề cập đến các khía cạnh khoa học vật liệu hiện đại liên quan đến sự phát triển và mở rộng năng lượng gió. Với yêu cầu về độ bền và độ tin cậy vượt trội đối với cánh quạt tuabin gió, cũng như chi phí bảo trì cao, các vật liệu sử dụng cho tuabin gió cần phải thể hiện độ bền cao và khả năng chống mỏi xuất sắc, kết hợp với trọng lượng nhẹ. Tình hình bảo vệ cánh quạt tuabin gió trước các cơ chế suy thoái cánh quạt phổ biến nhất, đặc biệt là sự xói mòn ở mép trước, và các yêu cầu đối với lớp phủ bảo vệ được xem xét. Các vật liệu composite lai được gia cường bằng sợi carbon trọng lượng nhẹ được thảo luận như một cách để giảm tải trọng trọng lực lên các cánh quạt. Một khía cạnh khác của việc sử dụng vật liệu bền và mạnh cho cánh quạt tuabin gió liên quan đến các thách thức tái chế. Khi xem xét sắc nét sự già hóa của thế hệ tuabin gió đầu tiên, được lắp đặt vào đầu những năm 2000, các vấn đề quản lý chất thải và tái chế trở nên đặc biệt quan trọng. Các khả năng phát triển các composite cấu trúc từ các nguyên tố sinh học, polymer tái chế và thermoplastic, có cùng độ bền như epoxy sợi thủy tinh thông thường, được thảo luận trong bài viết này.
Từ khóa
#năng lượng gió #vật liệu composite #cánh quạt tuabin gió #độ bền #tái chế #sợi carbonTài liệu tham khảo
Offshore Wind in Europe—Key Trends and Statistics, 2020. https://windeurope.org/data-andanalysis/product/offshore-wind-in-europe-key-trends-and-statistics-2020/
Rosen, Y., Alaska’s Experience Shows Benefits—and Challenges—of Wind Energy in the Arctic, Arctic Today, 2020, Sept. 16.
Mishnaevsky, L.Jr. and Thomsen, K., Costs of Repair of Wind Turbine Blades: Influence of Technology Aspects, Wind Energy, 2020, vol. 23, no. 12, pp. 2247–2255.
Mishnaevsky, L.Jr., Hasager, C., Bak, C., Tilg, A.M., Bech, J.I., Rad, S.D., and Fæster, S., Leading Edge Erosion of Wind Turbine Blades: Understanding, Prevention and Protection, Renewable Energy, 2021, vol. 169, pp. 953–969.
Stephenson, S., Wind Blade Repair: Planning, Safety, Flexibility, Composites World, 2011, pp. 1–13.
Chen, X., Fracture of Wind Turbine Blades in Operation—Part I: A Comprehensive Forensic Investigation, Wind Energy, 2018. https://doi.org/10.1002/we.2212
Mishnaevsky, L.Jr., Repair of Wind Turbine Blades: Review of Methods and Related Computational Mechanics Problems, Renewable Energy, 2019, vol. 140, pp. 828–839.
Mishnaevsky, L.Jr., Toolbox for Optimizing Anti-erosion Protective Coatings of Wind Turbine Blades: Overview of Mechanisms and Technical Solutions, Wind Energy, 2019, pp. 1–18.
Mishnaevsky, L.Jr., Fæster, S., Mikkelsen, L.P., Kusano, Y., and Bech, J.I., Micromechanisms of Leading Edge Erosion of Wind Turbine Blades: X-Ray Tomography Analysis and Computational Studies, Wind Energy, 2019, pp. 1–16. https://doi.org/10.1002/we.2441
Project MAINTAINERGY/Maintenance and Repair Strategies for Wind Energy Development, 2021–2023. www.maintainergy.dk
Rad, S.D. and Mishnaevsky, L.Jr., Leading Edge Erosion of Wind Turbine Blades: Computational Modelling of Multiaxial Fatigue, Wind Energy, vol. 23/8, pp. 1752–1766.
Jespersen, K.M., Monastyreckis, G., and Mishnaevsky, L.Jr., On the Potential of Particle Engineered Anti-Erosion Coatings for Leading Edge Protection of Wind Turbine Blades, in 41st Risø Symposium, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, vol. 942, no. 1, p. 012027 (8 p.).
Dai, G.M. and Mishnaevsky, L.Jr., Fatigue of Hybrid Carbon/Glass Composites: 3D Computational Modelling, Composit. Sci. Tech., 2014, vol. 94, pp. 71–79.
Ong, C.H. and Tsai, S.W., The Use of Carbon Fibers in Wind Turbine Blade Design: A SERI-8 Blade Example SAND2000-0478, Sandia National Laboratories Contractor Report, 2000.
Burks, B., Middleton, J., and Kumosa, M., Micromechanics Modeling of Fatigue Failure Mechanisms in a Hybrid Polymer Matrix Composite, Compos. Sci. Technol., 2012, vol. 72, pp. 1863–1868.
Bortolotti, P., Carbon Glass Hybrid Materials for Wind Turbine Rotor Blades, Master Thesis, Delft University of Technology, 2012.
Mishnaevsky, L.Jr. and Dai, G.M., Hybrid Carbon/Glass Fiber Composites: Micromechanical Analysis of Structure-Damage Resistance Relationship, Comput. Mater. Sci., 2014, vol. 81, pp. 630–640.
Mishnaevsky, L.Jr. and Dai, G., Hybrid and Hierarchical Nanoreinforced Polymer Composites: Computational Modelling of Structure-Properties Relationships, Compos. Struct., 2014, vol. 117, pp. 156–168.
Mishnaevsky, L.Jr. and Brøndsted, P., Statistical Modelling of Compression and Fatigue Damage of Unidirectional Fiber Reinforced Composites, Compos. Sci. Technol., 2009, vol. 69, no. 3–4, pp. 477–484.
White, M., Hybrid Material Used for World's Longest Blade. https://www.4coffshore.com/22.03.20118
McGugan, M. and Mishnaevsky, L.Jr., Damage Mechanism Based Approach to the Structural Health Monitoring of Wind Turbine Blades, Coatings, 2020, vol. 10, no. 12, article 1223.
Wang, C.H., Venugopal, V., and Peng, L., Stepped Flush Repairs for Primary Composite Structures, J. Adhesion, 2015, vol. 91, no. 1–2.
Nishino, M. and Aoki, T., Nonlinear Analysis and Damage Monitoring of a One-Sided Patch Repair with Delamination, Compos. Struct., 2006, vol. 73, pp. 423–431.
Rose, L.R.F., A Cracked Plate Repaired by Bonded Reinforcements, Int. J. Fracture, 1982, vol. 18, pp. 135–144.
Mischnaewski, L., III and Mishnaevsky, L.Jr., Structural Repair of Wind Turbine Blades: Computational Model for the Evaluation of the Effects of Adhesive and Patch Properties on the Repair Quality, Wind Energy. https://doi.org/10.1002/we.2575
Guadagno, L., Naddeo, S., Raimondo, M., Barra, G., Vertuccio, L., Sorrentino, A., Binder, W.H., Kadlec, M., Development of Self-Healing Multifunctional Materials, Composites Eng. B, 2017, vol. 128, pp. 30–38.
White, S., Sottos, N., Geubelle, P., and Moore, J.S., Autonomic Healing of Polymer Composites, Nature, 2007, vol. 409, pp. 794–797.
Toohey, K.S., Sottos, N., Lewis, J.A., Moore, J.S., and White, S.R., Self-Healing Materials with Microvascular Networks, Nature Mater., 2007, vol. 6, no. 8, pp. 581–585.
Repowering and Lifetime Extension: Making the Most of Europe’s Wind Energy Resources, Wind Europe, 2017.
Knight, S., What to Do with Turbines after They Leave Support System, Wind Power Monthly, 2020, vol. 31.
Martin, C., Wind Turbine Blades Can’t Be Recycled, so They’re Piling up in Landfills, Bloomberg, 2020, Febr. 5. www.bloomberg.com
Andersen, N., Wind Turbine End-of-Life: Characterisation of Waste Material, Master Thesis, University of Gävle, 2015.
Sneve, J., Sioux Falls Landfill Tightens Rules after Iowa Dumps Dozens of Wind Turbine Blades, Argus Leader, 2019, Dec. 12.
Mishnaevsky, L.Jr., Sustainable End-of-Life Management of Wind Turbine Blades: Overview of Current and Coming Solutions, Materials, 2021, vol. 14, p. 1124. https://doi.org/10.3390/ma14051124
National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, in Closing the Loop on the Plastics Dilemma: Proceedings of a Workshop–in Brief, Washington, DC: The National Academies Press, 2020. https://doi.org/10.17226/25647
Mishnaevsky, L.Jr., Freere, P., Sinha, R., and Acharya, P., Small Wind Turbines with Timber Blades for Developing Countries: Materials Choice, Development, Installation and Experiences, Renewable Energy, 2011, vol. 36, no. 8, pp. 2128–2138.
Foxwell, D., Project Launched to Develop 100% Recyclable Wind Turbine Blades, 23 Sept. 2020. https://www.rivieramm.com/
Advanced Thermoplastic Resins for Manufacturing Wind Turbine Blades. https://www.nrel.gov/manufacturing/comet-wind-blade-resin.html