由通用电气(GE)和通用电气子公司LM Wind Power资助的国家可再生能源实验室(NREL)的科学家最近报告了风力涡轮机防雷技术的突破。该系统由Robynne Murray领导的团队开发，为由热塑性树脂复合材料制成的风力涡轮机叶片提供防雷保护。
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传统的风力涡轮机叶片——由碳纤维复合材料制成——已经受益于现有的防雷系统。然而，没有引入保护由热塑性复合材料制成的新一代叶片。
NREL科学家开发了一种新的热焊接工艺，为这些刀片进行防雷。已经提交了该过程的专利申请，目前正在等待。
使用热焊接，风力涡轮机叶片制造商可以摆脱胶粘剂，他们目前使用粘接组件的叶片。这些粘合剂比新的热焊缝更重，有开裂的危险。
Murray是NREL风力涡轮机叶片材料和先进制亚博网站下载造方法方面的专家，获得了NREL实验室指导的研究和发展拨款，用于这些涡轮机部件的热焊接工作。
风力涡轮机叶片的热焊接
成功的热焊接需要在两半刀片之间放置导电材料，如碳纤维或膨胀金属箔。将导电材料连接到电源上的电线完成加热元件。
当电流通过加热元件时，两半刀片中的热塑性材料熔化。亚博网站下载一旦发生了这种情况，电流就会被切断，化学键就会在压力下冷却。
热焊接作为一种新的风力涡轮机叶片生产方法被提出，因为它可以使制造商避免开裂的风险和使用胶粘剂带来的更大的重量。
然而，热焊接所需的导电加热元件可能会产生另一个风险：雷击。这个问题已经取消解决，并且是增加热塑性风力涡轮机叶片材料的商业化的障碍。亚博网站下载
保护热塑性塑料叶片免受雷击
与GE和LM风电，Murray和NREL一起向美国能源科技商业化基金部门提出了研究。该研究将解决问题，寻求手段保护免受雷击的热焊接热塑性涡轮机叶片。
研究小组在NREL的复合材料制造教育和技术网站工作。
他们的解决方案是在刀片的表皮插入一个膨胀的铝箔，以转移闪电从刀片内部的金属加热元件。模拟结果表明，在这种新系统的作用下，雷击涡轮不会导致叶片失效。
研究小组随后进行了物理损伤测试，将这些改变过的叶片置于高电流中。这些测试的结果表明，大约80%的电流通过铝箔层，而没有穿透刀片的皮肤。此外，在被人工雷击的叶片下方的碳纤维没有出现损伤。
基于这些结果，Murray的铝箔设计可能会保护风力涡轮机叶片免受雷击，这不太可能在受保护刀片内引起结构性故障。
给风力涡轮机可再生能源带来希望
改进热塑性风力涡轮机叶片技术对可再生能源领域来说是个好消息。对现有叶片的大幅改进可能有助于风力涡轮机的可持续退役。
涡轮叶片的保质期约为20年，之后必须处理掉。目前还没有一种回收碳纤维的方法，所以用于这些叶片的大量材料最终是无法回收的。然而，热塑性风力涡轮机叶片在寿命结束时可以回收利用
热塑性风力涡轮机叶片仍未实现商业化，但Murray继续致力于创新制造工艺和材料的结构验证。亚博网站下载
寻找一种方法，确保热塑性风力涡轮机叶片可以受益于与传统叶片相同的防雷水平，是将新技术推向市场的关键一步。
参考资料及进一步阅读
Omnexus.specialchem.com。（2021）新型防雷系统，使热塑性风力涡轮机叶片更安全．(在线)可以在:https://omnexus.specialchem.com/news/industry-news/lightning-protection-system-blades-000225474(2021年8月访问)
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