Serat karbon yang dioptimalkan untuk bilah turbin angin dapat memberikan keuntungan biaya dan kinerja
Energy

Serat karbon yang dioptimalkan untuk bilah turbin angin dapat memberikan keuntungan biaya dan kinerja


Brandon Ennis dari Sandia National Laboratories memegang papan serat karbon, bahan baru yang dapat membawa manfaat biaya dan kinerja untuk industri angin. Kredit: Randy Montoya

Bahan serat karbon baru dapat membawa keuntungan biaya dan kinerja untuk industri angin jika dikembangkan secara komersial, menurut sebuah studi yang dipimpin oleh para peneliti di Laboratorium Nasional Sandia.

Pisau angin yang mengandung serat karbon memiliki berat 25% lebih ringan dari yang terbuat dari bahan fiberglass tradisional. Itu berarti bilah serat karbon bisa lebih panjang daripada bilah fiberglass dan, oleh karena itu, menangkap lebih banyak energi di lokasi dengan angin rendah. Peralihan ke serat karbon juga dapat memperpanjang masa pakai pisau karena bahan serat karbon memiliki ketahanan lelah yang tinggi, kata Brandon Ennis, peneliti energi angin di Sandia Labs dan peneliti utama proyek tersebut.

Proyek ini didanai oleh Kantor Teknologi Energi Angin DOE di Kantor Efisiensi Energi dan Energi Terbarukan. Mitra dalam proyek ini termasuk Laboratorium Nasional Oak Ridge dan Universitas Negeri Montana.

Dari semua perusahaan yang memproduksi turbin angin, hanya satu yang menggunakan bahan serat karbon secara ekstensif dalam desain bilahnya. Bilah turbin angin adalah struktur komposit satu bagian terbesar di dunia, dan industri angin dapat mewakili pasar terbesar untuk bahan serat karbon berdasarkan beratnya jika bahan yang bersaing dengan dasar nilai biaya untuk komposit yang diperkuat fiberglass tersedia secara komersial, kata Ennis.

Namun, industri angin dan serat karbon saat ini tidak tumpang tindih. Industri angin merancang bilah turbin angin hanya dengan menggunakan bahan yang tersedia secara komersial dan produsen serat karbon menghadapi rintangan untuk berinovasi karena biaya modal yang tinggi terkait dengan pengenalan jalur produksi baru untuk industri angin.

Serat karbon berbiaya rendah baru memiliki sifat yang berguna untuk industri angin

Biaya adalah pertimbangan utama selama desain komponen dalam industri angin, namun pabrikan turbin juga harus membangun bilah yang tahan terhadap beban tekan dan kelelahan yang dialami bilah saat berputar hingga 30 tahun.

Ennis dan rekan-rekannya bertanya-tanya apakah serat karbon berbiaya rendah baru yang dikembangkan di Laboratorium Nasional Oak Ridge dapat memenuhi kebutuhan kinerja sekaligus membawa manfaat biaya bagi industri angin. Bahan ini dimulai dengan prekursor yang banyak tersedia dari industri tekstil yang mengandung bundel serat akrilik yang tebal. Proses pembuatannya, yaitu memanaskan serat untuk mengubahnya menjadi karbon, diikuti dengan langkah perantara yang menarik serat karbon menjadi papan. Proses pultrusion pembuatan papan menghasilkan serat karbon dengan kinerja dan keandalan tinggi yang diperlukan untuk pembuatan blade dan juga memungkinkan untuk kapasitas produksi yang tinggi.

Ketika tim peneliti mempelajari serat karbon berbiaya rendah ini, mereka menemukan bahwa itu berkinerja lebih baik daripada bahan komersial saat ini dalam hal sifat khusus biaya yang paling menarik bagi industri angin.

ORNL menyediakan sampel pengembangan serat karbon dari Fasilitas Teknologi Serat Karbon dan komposit yang terbuat dari bahan ini serta komposit serupa yang terbuat dari serat karbon yang tersedia secara komersial untuk perbandingan.

Kolega di Montana State University mengukur sifat mekanik dari serat karbon baru versus serat karbon yang tersedia secara komersial dan komposit fiberglass standar. Kemudian Ennis menggabungkan pengukuran tersebut dengan hasil pemodelan biaya dari ORNL. Dia menggunakan data tersebut dalam analisis desain bilah untuk menilai dampak sistem menggunakan serat karbon baru, bukan serat karbon standar atau fiberglass, sebagai penyangga struktural utama pada bilah angin. Studi ini didanai oleh Kantor Teknologi Energi Angin Departemen AS.

Kekuatan tekan yang meningkat membawa penghematan biaya

Ennis dan rekan-rekannya menemukan bahwa bahan serat karbon baru memiliki kekuatan tekan 56% lebih per dolar daripada serat karbon yang tersedia secara komersial, yang merupakan dasar industri. Biasanya, pabrikan mengakomodasi kekuatan tekan yang lebih rendah dengan menggunakan lebih banyak material untuk membuat komponen, yang kemudian meningkatkan biaya. Mempertimbangkan kekuatan tekan yang lebih tinggi per biaya dari serat karbon baru, perhitungan Ennis memperkirakan penghematan sekitar 40% dalam biaya material untuk tutup tiang, yang merupakan komponen struktural utama dari bilah turbin angin, yang terbuat dari serat karbon baru dibandingkan dengan serat karbon komersial.

Serat karbon baru bahkan mengurangi biaya bahan yang diprediksi jika dibandingkan dengan fiberglass untuk desain turbin berbasis darat, karena ketahanan lelah yang ditingkatkan. Hasil lain dari penggunaan serat karbon baru dalam desain blade, seperti penurunan bobot dan peningkatan umur kelelahan, dapat memengaruhi keseluruhan desain turbin dengan cara yang juga membawa manfaat biaya dan kinerja tambahan, kata Ennis.

“Sementara serat karbon optimal untuk industri angin belum ada di pasaran, serat karbon tekstil baru ini memiliki karakteristik kinerja yang memiliki nilai lebih tinggi untuk beban spesifik yang dialami turbin angin,” kata Ennis. “Mengembangkan bahan ini secara komersial dapat memungkinkan manfaat bahan serat karbon direalisasikan lebih luas oleh industri angin dan menurunkan biaya energi angin secara keseluruhan.”


Riset manufaktur lanjutan NREL menggerakkan bilah turbin angin ke arah daur ulang


Disediakan oleh Sandia National Laboratories

Kutipan: Serat karbon yang dioptimalkan untuk bilah turbin angin dapat menimbulkan biaya, manfaat kinerja (2021, 15 Januari) diambil 25 Januari 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-01-carbon-fiber-optimized-turbine-blades.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Togel HK