隨著美國(guó)等國(guó)宣布以提高可再生能源能力為重點(diǎn)的政策和目標(biāo)，一些涉及新型改進(jìn)的可再生能源技術(shù)就獲得了一定的機(jī)遇。美國(guó)紐約市Xenecore公司是一家致力于開(kāi)發(fā)具有更高能量捕獲能力的更高效風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的公司，該公司正在利用其復(fù)合材料零件領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)基于阻力的扇形風(fēng)力葉片。

大約兩年前，Choe和Xenecore團(tuán)隊(duì)開(kāi)始研究如何利用該公司的工藝技術(shù)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片?，F(xiàn)如今，大多數(shù)風(fēng)力渦輪機(jī)都有細(xì)長(zhǎng)的飛機(jī)翼形葉片，這些葉片主要利用升力發(fā)電。當(dāng)風(fēng)經(jīng)過(guò)葉片時(shí)，葉片一側(cè)形成的較低壓力垂直于風(fēng)向拉動(dòng)葉片，使其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，將能量轉(zhuǎn)移到渦輪機(jī)中發(fā)電。

Choe和他的團(tuán)隊(duì)著手開(kāi)發(fā)一種更新的水平風(fēng)力渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)可以最大限度地利用阻力，最重要的是它使用了先進(jìn)的復(fù)合材料。

Xenecore團(tuán)隊(duì)早期面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是，由于基于升力的渦輪機(jī)已成為標(biāo)準(zhǔn)，因此如今的模擬軟件僅用于分析基于升力的風(fēng)機(jī)的性能。Choe和他的團(tuán)隊(duì)嘗試了許多分析工具，并最終使用Ansys Fluent計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件對(duì)風(fēng)在葉片上的行為進(jìn)行建模。

利用這些模型，其目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一種可以最大限度地捕獲阻力的葉片，可在渦輪機(jī)內(nèi)發(fā)電，同時(shí)以盡可能小的重量承受高風(fēng)荷載。Xenecore團(tuán)隊(duì)首先嘗試制造一種固體碳纖維復(fù)合材料葉片，但比強(qiáng)度并不好，即使是固態(tài)碳纖維板也會(huì)在高風(fēng)力下斷裂。

最終，Xenecore設(shè)計(jì)了一種單體扇形葉片，稱(chēng)為Fanturbine，由頂部和底部表皮組成，表面覆蓋有Xenecore熱塑性微球。這些外皮用被稱(chēng)為工字鋼的肋骨加固。該設(shè)計(jì)是仿生的，因?yàn)槔邚闹行狞c(diǎn)呈扇形，很像棕櫚葉上的葉子。

葉片采用一步壓縮成型工藝制造，使用高模量碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂以最大限度地提高強(qiáng)度和穩(wěn)定性，并以盡可能輕的重量抵抗高風(fēng)荷載。一體式單體設(shè)計(jì)還旨在最大限度地提高穩(wěn)定性，并在理論上延長(zhǎng)葉片的壽命，因?yàn)闆](méi)有接縫或粘合劑會(huì)隨著時(shí)間的推移而損壞或疲勞。目前，這些葉片的第一個(gè)版本相對(duì)較小，尺寸為3×3英尺，目標(biāo)是擴(kuò)大到更大的尺寸，以與傳統(tǒng)的風(fēng)力葉片競(jìng)爭(zhēng)。

Xenecore的渦輪機(jī)設(shè)計(jì)包括每個(gè)渦輪機(jī)上的四個(gè)風(fēng)扇葉片，覆蓋了約80%的可用表面積。風(fēng)推動(dòng)葉片，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而在渦輪機(jī)中產(chǎn)生能量。根據(jù)Xenecore的模擬，在理想條件下，風(fēng)機(jī)理論上可以達(dá)到最大98%的風(fēng)能捕獲。此外，該葉片的設(shè)計(jì)可以承受颶風(fēng)級(jí)的風(fēng)，在模擬中，它被證明可以承受高達(dá)每小時(shí)376英里的風(fēng)速，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于颶風(fēng)的最高速度。Choe表示：這些葉片可以在不改變現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的情況下在現(xiàn)有渦輪機(jī)上運(yùn)行。

近年來(lái)，Xenecore開(kāi)始生產(chǎn)3×3英尺葉片的5千瓦小型渦輪機(jī)，并將其銷(xiāo)售給南美的分銷(xiāo)商，并在全球范圍內(nèi)在線(xiàn)銷(xiāo)售。經(jīng)過(guò)測(cè)試，這些葉片發(fā)電量是類(lèi)似尺寸的傳統(tǒng)風(fēng)電葉片的七倍。Xenecore測(cè)試過(guò)的最大系統(tǒng)是一臺(tái)100千瓦的渦輪機(jī)，葉片寬11英尺。它有一個(gè)兆瓦級(jí)別版本在設(shè)計(jì)中。

目前，該公司正在尋找投資者和合作伙伴，以幫助將該技術(shù)推向下一階段。為了證明這項(xiàng)技術(shù)，Xenecore下一步的目標(biāo)是在改造退役的風(fēng)力渦輪機(jī)塔架上建造并安裝一臺(tái)1兆瓦的渦輪機(jī)。