近期，美国Sandia国家实验室发布了一项最新研究，结果表明与市面上常见的商用碳纤维和玻璃纤维相比，新型大丝束碳纤维能够为风能行业带来成本效益和性能提升。
 
ORNL新型大丝束碳纤维可将叶片主梁材料成本降低40%
 
    报告称，采用碳纤维生产的风机叶片较传统的玻纤叶片轻25%，这意味着碳纤维叶片可以制造得更长，且能够在低风速区捕捉到更多能量。该项目负责人BrandonEnnis表示，碳纤维叶片也因为碳纤维优异的抗疲劳性能而获得更长的服役寿命。
 
    但众所周知，风机制造商需要设计制造出能够连续30年承受压缩和疲劳载荷的风机叶片，同时，成本也是一个关键问题。
 
    Ennis表示，采用橡树岭国家实验室（ORNL）开发的新型低成本大丝束碳纤维能够满足风电行业的性能要求，同时具有成本效益。新型碳纤维的原丝来自纺织工业广泛使用的大丝束腈纶纤维。生产工艺中纤维被高温碳化，随后经过拉挤工艺制成风电行业需要的、同时具备高性能和高可靠性的板材。研究团队认为，新材料在“风电行业最感兴趣的成本特性方面”比目前的商用材料表现更好。
 
    研究团队同时对新型碳纤维、商用碳纤维和标准玻璃纤维复合材料进行了力学性能对比，将测试数据与ORNL的成本模型相结合，并将这些数据用于叶片设计分析，以评估使用新型碳纤维（而不是商用碳纤维或标准玻璃纤维）作为风叶主要结构支撑的系统影响。
 
    研究结果表明，与商用碳纤维相比，采用新型大丝束碳纤维能够将每美元的抗压强度提高56%。通常情况下，制造商会采用更多材料来制造部件以适应较低的抗压强度，从而导致材料成本的增加。考虑到新型碳纤维单位成本抗压强度的提高，研究团队预计，与商用碳纤维相比，采用新型碳纤维制造的叶片主梁在材料成本上将下降40%。
 
    由于具有优异的抗疲劳性能，新型碳纤维与玻璃纤维相比在陆上风机设计中也具有明显的成本优势。采用新型碳纤维所带来的重量减轻、疲劳寿命延长等其他优势，可能会影响整台风机的设计，从而带来额外的成本效益和性能提升。
 
    项目负责人表示，虽然目前市场上尚不存在适合风力发电行业的最佳碳纤维，但新型纺织碳纤维的性能特点对风力发电机所承受的特定负载具有更高的价值。该材料的商业化可以使碳纤维的优势在风能领域得到更广泛地发挥，并降低风电的总成本。