国外开发出基于高模量碳纤维/环氧树脂风电叶片，风能捕获率最高达98%

随着美国等国宣布以提高可再生能源能力为重点的政策和目标，一些涉及新型改进的可再生能源技术就获得了一定的机遇。美国纽约市Xenecore公司是一家致力于开发具有更高能量捕获能力的更高效风力涡轮机叶片的公司，该公司正在利用其复合材料零件领域的专业知识，设计并开发基于阻力的扇形风力叶片。

大约两年前，Choe和Xenecore团队开始研究如何利用该公司的工艺技术和产品开发风力涡轮机叶片。现如今，大多数风力涡轮机都有细长的飞机翼形叶片，这些叶片主要利用升力发电。当风经过叶片时，叶片一侧形成的较低压力垂直于风向拉动叶片，使其旋转转子，将能量转移到涡轮机中发电。

Choe和他的团队着手开发一种更新的水平风力涡轮机，该涡轮机可以最大限度地利用阻力，最重要的是它使用了先进的复合材料。

Xenecore团队早期面临的一个挑战是，由于基于升力的涡轮机已成为标准，因此如今的模拟软件仅用于分析基于升力的风机的性能。Choe和他的团队尝试了许多分析工具，并最终使用Ansys Fluent计算流体动力学软件对风在叶片上的行为进行建模。

利用这些模型，其目标是开发一种可以最大限度地捕获阻力的叶片，可在涡轮机内发电，同时以尽可能小的重量承受高风荷载。Xenecore团队首先尝试制造一种固体碳纤维复合材料叶片，但比强度并不好，即使是固态碳纤维板也会在高风力下断裂。

最终，Xenecore设计了一种单体扇形叶片，称为Fanturbine，由顶部和底部表皮组成，表面覆盖有Xenecore热塑性微球。这些外皮用被称为工字钢的肋骨加固。该设计是仿生的，因为肋从中心点呈扇形，很像棕榈叶上的叶子。

叶片采用一步压缩成型工艺制造，使用高模量碳纤维和环氧树脂以最大限度地提高强度和稳定性，并以尽可能轻的重量抵抗高风荷载。一体式单体设计还旨在最大限度地提高稳定性，并在理论上延长叶片的寿命，因为没有接缝或粘合剂会随着时间的推移而损坏或疲劳。目前，这些叶片的第一个版本相对较小，尺寸为3×3英尺，目标是扩大到更大的尺寸，以与传统的风力叶片竞争。

Xenecore的涡轮机设计包括每个涡轮机上的四个风扇叶片，覆盖了约80%的可用表面积。风推动叶片，使转子旋转，从而在涡轮机中产生能量。根据Xenecore的模拟，在理想条件下，风机理论上可以达到最大98%的风能捕获。此外，该叶片的设计可以承受飓风级的风，在模拟中，它被证明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。Choe表示：这些叶片可以在不改变现有基础设施的情况下在现有涡轮机上运行。

近年来，Xenecore开始生产3×3英尺叶片的5千瓦小型涡轮机，并将其销售给南美的分销商，并在全球范围内在线销售。经过测试，这些叶片发电量是类似尺寸的传统风电叶片的七倍。Xenecore测试过的最大系统是一台100千瓦的涡轮机，叶片宽11英尺。它有一个兆瓦级别版本在设计中。

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1兆瓦的涡轮机。