海浪能和潮汐能――復合材料的新興市場

    復合材料行業(yè)已然在風能市場取得重大成功，但其能否從正在發(fā)展的海浪能和潮汐能市場同樣分一杯羹？George Marsh對此進行了報道。
    風能是已被人類廣泛接受的成熟能源，而水基可再生能源很可能會成為另一種能量來源，雖然還需要十年或更久的時間才會成熟。有些地方已經(jīng)開始使用并安裝海浪和潮汐流設(shè)備的原型和試制品。復合材料在捕獲風能方面非常有效，在控制水力能量方面似乎同樣有用。
    將水流轉(zhuǎn)化成電流對材料提出了巨大挑戰(zhàn)。水環(huán)境對材料是非常不利的，因為水的密度大約是空氣的830倍（確切數(shù)值取決于水的深度）；流速是變化的，通常還會帶有與退潮方向相反的湍流；持續(xù)的潮氣侵蝕會隨著設(shè)備的運動而加劇；維修工作必須減少，因為進入水下設(shè)備極其不便。
    另一個因素疲勞失效——通常這對復合材料來說并非重要問題——也變成了一大問題，因為湍流環(huán)境中復合材料的使用壽命通常定為20-25年。據(jù)英國Aviation Enterprises Ltd（AEL）公司總經(jīng)理Angus Fleming介紹，他們?yōu)殚_發(fā)潮汐流發(fā)電機的幾家公司生產(chǎn)轉(zhuǎn)子。
    “疲勞失效最近才得到人們的重視。因此在轉(zhuǎn)子的設(shè)計上通常會超出標準30%，以確保其達到所需的耐久性。就材料的使用率和性能來說，這有些浪費。” 
    AEL在2008年決定涉足海洋可再生能源領(lǐng)域時，就開始著手解決這一設(shè)計缺陷。在Carbon Trust（英國政府成立的以降低碳排放為目的的公司）和其他公司的支持下，該公司帶頭進行材料和結(jié)構(gòu)的測試，包括水下環(huán)境中粘結(jié)接頭的性能。加速老化試驗是驅(qū)動器測試的一部分。
    參與研發(fā)工作的還有其他一些機構(gòu)：布里斯托爾大學，提供必要的理論支持；先進復合材料集團（ACG），主要的材料供應商；以及多家潮汐流發(fā)電機開發(fā)商。研發(fā)工作的重點是開發(fā)一種耐疲勞性較高的樹脂基體。環(huán)氧樹脂常用于水下環(huán)境中，因為在所有樹脂中，它們最能抵抗潮氣的侵蝕和水解破壞。因此開發(fā)工作就集中在環(huán)氧聚合物的改性上，以提高其耐疲勞性能。AEL及其合作伙伴們正在努力開發(fā)這種環(huán)氧樹脂，其不但具有所需的全部特性，還能確保材料的最有效利用。Fleming認為，目前的研發(fā)工作解決了試制葉片遇到的一些基本問題，這將為大型潮汐流發(fā)電機轉(zhuǎn)子葉片的量產(chǎn)帶來希望。
    “研發(fā)和測試程序一旦完成，我們在設(shè)計方面將比現(xiàn)在前進一大步。”他表示，“那時，我們就能夠根據(jù)主負載狀況進行恰當?shù)脑O(shè)計。”