המרת אנרגיה גלים עומדת כאחת הגבולות המבטיחים ביותר באנרגיה מתחדשת, המציעה את הפוטנציאל לחלץ כמויות עצומות של כוח מהתנועה הבלתי פוסקת של האוקיינוסים.עם זאת, האוקיינוס הוא סביבה אגרסיבית במיוחד. סולטווטר קורוזיה, ביופולינג, טעינת גל מחזורית, וקרינת UV מספקת במהירות חומרי בנייה קונבנציונליים.

מה זה Marine-Grade GFRP?

סיבי זכוכית ברמה הנחתית מחזקים את הפלסטיק הוא חומר מורכב שהונדס במיוחד עבור חשיפה ממושכת למים הים, אפקט הגל ואווירות ימיות.זה מורכב משני המרכיבים העיקריים: חיזוק סיבי זכוכית ומטריקס פולימרני. סיבי הזכוכית מספקים כוח ונוקשות, בעוד שהמשט מדביק את הסיבים יחד, מגן עליהם מפני הסביבה, ועומסי גלם בין סיבי השמש, לכדי עמידות לרקמות מורכבות, כי הם מייצגים עמידות להפרעות של חום והתנגדות ל-UV.

סוגים של סיבים ואוריינטציה

סיבים בשימוש נפוץ כוללים E-glass (ציון חשמלי) ו- S-glass (כוח גבוה יותר) עבור ממירי אנרגיה גל, E-glass הוא נפוץ ביותר בשל האיזון המעולה של תכונות מכניות ועלות. סיבים יכול להיות ארוג לתוך בדים (למשל, עומסים פשוטים, t-tedve, או חד-צדדי) או מוכווני במזודות (czen strand או tras) הם משמשים לצורות מורכבות של תרכובות מורכבות.

מערכות Resin Systems

ממטריקס שרף קובע את ההתנגדות הכימית של המסובייק, סובלנות תרמית, עמידות ארוכת טווח במים. עבור יישומים ברמה ימית, הרינים הנפוצים ביותר הם:

  • (FLT:0) RESISFLT:1 - עלות נמוכה והתנגדות מים טובה מתון; לעתים קרובות בשימוש עבור סירות נופש וחלק מרכיבים WEC לא נתון ללחץ קיצוני.
  • (FLT:0) ,Vinyl ester resinsinsinsinsinsinsinsinsinsinsinsinsinsinyl ester Resinsinsinten 1 (Vinyl ester) הוא תקן עבור רבים של מכשירי אנרגיה הדורשים יושרה מבנית לאורך עשרות שנים.
  • (FLT:0)Epoxy resinsinsinsinsinFLT:1 - תכונות מכניות גבוהות יותר ודבקות, עם התנגדות יוצאת דופן לקליטת מים והשפלה.EOoxy הוא המועדף על רכיבים קריטיים כגון להבים בלחץ גבוה, נושאים תת-ימיים, ומסגרות עומס.העלות שלה גבוהה יותר, אבל תוחלת החיים המורחבת לעתים קרובות רק אם ההשקעה.

כל החזרים הימיים כוללים תוספים כגון ייצוב UV, מעכבי להבה, ומעילי ג'ל המספקים שכבה חיצונית חלקה ובלתי אפשרית.

תהליכי ייצור

ייצור חלקי GFRP ברמה ימית עבור WECs בדרך כלל משתמש באחת ממספר טכניקות ייצור מורכבות היטב:

  • (FLT:0)Handue-up / Spray-upveFLT:1 - עבור מרכיבים גדולים, נמוך כרכים כמו מודולים buoyancy מותאם אישית. סיבים ממוקמים עובש ו resin מוחל באופן ידני. שיטה זו היא עבודה-intensive אבל מאפשר עבור גיאוגרפיות מורכבות.
  • (FLT:0)Vacuum infusion / Resin transfer עובשing (RTM)FreaLT:1 - מייצרת חלקים באיכות גבוהה יותר עם יחס סיבים עקביים-to-resin ופחות ריקות. חיזוק יבש ממוקם עובש חתומה, ו resin הוא נמשך תחת ריק.זה מקטין פליטות ותשואות חזקות יותר, מלוטשות קלות יותר.
  • (FLT:0) pregueup ו autoclave curveerve deserph 1:1 - עבור ביצועים גבוהים ביותר (למשל, להבים טורבינות במכשירים היברידיים גליים). סיבים לפני מופרשים עם רסין מחוספס חלקית נמצאים ממוקם ורסן תחת חום ולחץ, המספקים שברירי סיבים גבוהים מאוד ו porosity מינימלית.

בחירת התהליך תלויה בגודל הרכיב, בתכונות מכניות נדרשות, בנפח הייצור ובמגבלות עלות.

תכונות מפתח ויתרונות של Marine-Grade GFRP

התנגדות קורוזיה

אולי היתרון המשכנע ביותר של GFRP בסביבות ימיות הוא חסינותו לקורוזי ואלקטרוכימי.בניגוד למתכות, סיבים זכוכית ופריימים פולימרים אינם מגיבים עם מלח באופן הגורם לאובדן חומרים.זה מבטל את הצורך בהתפרצויות הקרביות, ציפויים ובדיקות קבועות עבור חלודה.

משקל אור

צפיפות GFRP (בדרך כלל 1.5-2.0 g / ס"מ3) היא בערך רבע עד שליש של פלדה (7.8 g /3) וחצי בערך של אלומיניום (2.7 גרם / CM3). ירידה במשקל יש השלכות עמוקות על מכשירי אנרגיה גל. Lighter להפחית את העומס מבני על מערכות mooring ותמיכה מבנים, המאפשרים פשוט יותר ויותר לעגן אותם גם תחבורה, התקנה, במיוחד עבור התקנים כגון חסום כדי להפחית את גודל של כדוריות על גבי ספוג או להקטין את רמות.

כוח גבוה ל-Weight Ratio

למרות המשקל הנמוך שלה, GFRP יכול להשיג נקודות חוזק של בריונים דומים פלדה קלה (למשל, 200-1000 MPa בהתאם לנטימנט סיבים ושבריר נפח נפח) בשילוב עם צפיפות נמוכה, הכוח הספציפי (הכוח למשקל יחידה) של GFRP הוא 3-6 פעמים חזק יותר מאשר פלדה.זה מאפשר מהנדסים לעצב סלנדר, מבנים יעילים שיכולים לעמוד בפני כוחות קיצוניים של האוקיינוס - כוח שיכול להיות מעל 10 מ"מ בערך כמו גל פלדה.

התנגדות שומנית

גלי האוקיינוס כופים עומסי מחזוריים עם תדרים בטווח של 0.05-0.2 הרץ.חומרים חייבים לסבול מאות מיליוני מחזורים על פני חיי עיצוב 20-30 שנה. Steel מציגה גבול עייפות מוגדר היטב מתחתיו הוא יכול לעמוד במחזורים אינסופיים, אבל בסביבות ימיות סדקים קורוזיון יכול להוריד את הגבול הזה.

עיצוב Flexibility

חומרים Composite ניתן לעצב כמעט בכל צורה, המאפשר אופטימיזציה הידרודינמיקלי כי הוא קשה או בלתי אפשרי עם מתכות. Blades עבור ממיר גל יורד גל יכול להיות נתון עקומות מורכבות ופיזור טוויסט כדי למקסם את לכידת האנרגיה. מודולים ביובינסי יכול להיות מנווט כדי להפחית את הגרור. יתר על כן, GFRP יכול להיות co-קול עם חיישנים או להוסיף נקודות מצורפות, צמצום מהיר כדי ליצור תכונות אפשריות כדי ליצור מתחמיים או להקליד ולהגדיל את היכולת יעילה כדי ליצור תכונות אפשריות.

בידוד אקוסטי ומסתורי

GFRP יש מוליכות תרמית נמוכה יותר מאשר מתכות, אשר מסייע לשמור על טמפרטורות פנימיות עבור אלקטרוניקה רגישה בתוך דיור חתומה.זה גם לחסן רטטים ורעש, נכס מועיל להפחתת עייפות מבנית וזיהום רעש תת-ימי.

תגיות GFRP ב Wave Energy Converters

ממירי אנרגיה גלים באים בעיצובים רבים, אבל כמעט כל הרכיבים דורשים אינטראקציה ישירות עם מים ים, חייב לשרוד עשרות שנים של שחיקה, השפעה, טעינה מחזורית. GFRP הפך לחומר של בחירה עבור מספר חלקים מרכזיים על פני ארכיטקטורות WEC מרובות.

מודולים ביו-קיונסיים ומבנהי פלוג

קולטנים (למשל, מכשיר האוקיינוס של קורווי) ו Attenuators (למשל, הרעיון Pelamis) להסתמך על גופים צפים גדולים העוברים עם הגלים.אלה לעתים קרובות מופרשים מפגזי GFRP מלאים קצף תאי סגור או אוויר. הקליפה המורכבת מספקת יושרה מבנית, יציבות הידרוטית, ומשטח חלק, מחוספס, נמוך של GRP מאפשר עדיין להיות מסוגל גדול מספיק כדי ליצור כוח גדול כדי להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל גדול מספיק גדול כדי להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל להיות מסוגל גדול מספיק גדול עד גדול עד גדול כדי להיות מסוגל להיות מסוגל.

הידרודינמיקה בדס ופדדללס

ב-oscillating גל גל גל גל גל ממירים (OWSCs), כגון מכשיר Oyster על ידי Aquamarine Power, מזחל גדול או flap pivots בחזרה הלוך ושוב עם תנועת גל, נהיגה גליל הידראוליים. אלה כריכים יכולים להיות מעל 10 מטרים רחב יותר חייב לעמוד על עומסים ענקיים כדי להסיר את הג'ל סטרייק עם ליבת (למשל, pulices) או סולקמי, גרורת חום למחצה, או סולק, 000 גרור את הג'ל המעילים מלוחמיים (FRP) עיגולים).

Casings & Subsea Housings

Power Take-off (PTO) יחידות, גנרטורים ואלקטרוניקה דורשות מסגרות מים. GFRP הוא אידיאלי עבור דיור אלה כי זה יכול להיות מעוצב לתוך צורות מורכבות עם חותמות משולבות, flanges, ו כבלים ערכים.בניגוד מתכות, זה לא corrode, כך המתחם יכול להיות דק דק ומדליק משקל.

מסגרות מבניות ותמיכה ב-Struts

חלק מה-WECs משתמשים במבנים דמויי truss כדי להגר טורבינות או נקודות מגרות. צינורות GFRP ודבורים משמשים יותר ויותר במקום פלדה כי הם קלים יותר, לא דורשים שום ציור או הגנה קטוודית, וניתן לעשות עם להקות אינטגראליות.הם מציעים גם חיי עייפות מצוינים במי הים, יתרון משמעותי על מפרקי פלדה נדושים כי הם נוטים לפצח.

מערכת Mooring Components

קווי מתפתל וקווי ה- GFRP המשויכים שלהם, קלפיות, ומחברים נחשפים ללבוש ולקורוזיון. GFRP משמש עבור buoys וכמה תוספות נושאות עומס במטעים. חבלים מסובכים מיוחדים (כגון אלה שנעשו עם סיבים או פוליסטר) הם נפוצים, אבל קשיח GFRPleads ושרשראות סוללות עוזרות ללא כבלים.

יישומים נוספים

  • (FLT:0 ,Mongs FLT:1 ב עמודה מים (OWC) מכשירים ליהנות מחוזק גבוה של GFRP והתנגדות לשחיתות מ תרסיס מלח באוויר.
  • (ב) הגנה על כבלים של קונסול:0 subsea: FLT:1 , GFRP מגשים כבל ו מגבילים bend למנוע נזק במהלך ההתקנה והמבצע.
  • (ב) ,0) פלטפורמות גישה ומדרגות (FLT:1) על מבנים קבועים, החלפת גרורות פלדה כבדות.

אתגרים ואסטרטגיות מייגציה

למרות היתרונות הרבים שלה, GFRP ברמה ימית אינו ללא אתגרים.הבנת המגבלות הללו מאפשרת למהנדסים לעצב מכשירים חזקים יותר ועמידים יותר.

UV Degradation

כאשר נחשפים לשמש ישירה, השרף הפולימרים (במיוחד פוליסטר) יכול לסבול מ photo-oxidation, המוביל למשטח chalking, microcracking, ואובדן של מבריק לאורך זמן, קרני UV יכולות לחדור עמוק יותר, לגרד את החומר.FLT:0 מיליטציה: FLT:1 מעילים עם ייצובים, מערכות צבע, הגנה או כיסוי הם מוחלים באופן קבוע עבור חלקי אורכי.

מוטציות ו-Osmotic Blistering

אפילו ריבוני איכות גבוהה סופגים כמות קטנה של מים לאורך זמן (בדרך כלל 0.5–3% על ידי משקל) בפוליסטר שרף כי הם לא מתוקנים או יש ריקות, מים יכולים להגיב עם כימיקלים מיושנים כדי ליצור blisters אוסמוטיים - מבולטים תחת מעיל ג'ל.זה מפחית כוח ויכול להוביל לדלמדומים:0Militation: שלפוחית מים רגילה (אובקים) או שלפוחית מים רגילה (אובקים)

Fatigue ו Creep

למרות של GFRP יש התנגדות עייפות טובה, כיפוף חוזר יכול לגרום מטריקס סדקים וסיבים פורצים, במיוחד תחת עומס Tenile לטעון. ריכוזי מתח ברצועה או פינות חדות יכול ליזום סדקים. Creep (העיוות תחת עומס מתמשך) הוא גם דאגה לרכיבים שחווים לחץ יציב, כגון דיור עמוק ים.FLT:0Mitigation: LTduadulvescreativeation: 1 עם עיצוב שמרני עם גורמים גדולים של לחץ, או לחץ חזק, כגון, או ניתוח עמידות, או חומרים מתקדמים, הוא, כגון, כגון, כגון, 000, 000, לחץ, או חומרים דחופים, כגון, כגון, או חומרים דחופים, כגון, או חומרים דחופים, או חומרים דחופים, או חומרים דחופים, או חומרים דחופים, או חומרים דחופים, כגון, של מתחים של מתחים של לחץ דם עמוק של מתחים, או חומרים דחופים, או חומרים דחופים.

המונחים: Marine biofouling

(ה) אלגה, הברנקים והשרירים מייחסים משטחים, הגדילו את הגרור והמשקל, בעודם מזיקים למעיל הג'ל.על חלקים נעים כמו להבים, עבירה יכולה להפחית את לכידת האנרגיה:0 מיליטציה: (ראוי: 1FLT) יישום של צבע נגד פשטות (חלק מהחושת, אך עם דאגות סביבתיות; עכשיו יותר מחוספסים על ידי סיליקון-חוספסים) הם ציפויים מופעלים באופן זמני או מופעלים (או-מכחול).

השפעה ומוחש

דביריס, קרח או התנגשות לא מכוונת יכולים לגרום נזק פני השטח או סדקים עמוקים יותר ב GFRP. בניגוד מתכות כי דנט, מסובכות עלולות לפצח או להרוס באופן מקומי.FLT:0Mitigation:FLT:1 שימוש בעור עבה יותר, שכבות הקרביות, או מסטיקנים באזורים בסיכון גבוה.

מחזור וסוף החיים

בניגוד לדפלה, שניתן למחזר ללא אינסוף, GFRP מאתגר למחזר בשל ערבוב סיבים ושרף. Landfilling הוא נפוץ עבור חלקים קטנים, אבל מרכיבים גדולים WEC מהווים בעיית פסולת.FLT:0Mitigation:0Mitigation: FLT:1 מחקר משותף לתוך ריבאונדים המבוססים על ידי bio-cyclable (למשל, thermosplastics, vitrelimate) הוא לעתים קרובות למלא את הסיבים מכניים (reative) באופן קבוע יותר) כדי לשחזר חומרים מחוסמיים).

התקדמות בחומרים ובייצור

התעשייה המסובבת הימית מתחדשת כל הזמן כדי להתמודד עם האתגרים לעיל ולהרחיב את המעטפה הביצועית של GFRP במגירים אנרגיה גל.

עקבו אחרי ננו

הוספת חלקיקים כגון פחמן ננוtubes, גרפן, או ננוקליות לשרף יכול לשפר תכונות מכניות, התנגדות UV וביצועי מחסום. לדוגמה, תחמוצת גרפן הוכח להפחית את ספיגה במים ב-epoxy עד 60%.תוספים אלה עדיין יקרים אבל נבדקים עבור רכיבים קריטיים גבוהים כמו שורשים.

אדריכלות סיבים היברידיים

שילוב סיבים זכוכית עם סיבים פחמן יוצר מורכב היברידי כי מאזן עלות, כוח ונוקשות. סיבי פחמן משפר את הנוקשות ואת חיי העייפות אבל הוא יקר ורגיש קורוזיה גליוני כאשר במגע עם מתכות.מיקום אסטרטגי של פחמן באזורי לחץ גבוה וזכוכית במקום אחר יכול להתאים ביצועים. כמה עיצובי WEC לשימוש עמוק פחמן / להבים היברידיים.

⁇ ⁇ ⁇

כדי לשפר את הקיימות, החוקרים מפתחים חזרות משמן צמחי (Soybean, linseed) ו lignin. אלה מערכות thermoset מבוססות ביולוגית יכולות להיות תכונות מכניות דומות ל resinssinssived נפט, בינתיים, thermoplastic resins (למשל, פוליפרופילן, ניילון) יכול להיות remeled ו reprocessed.

מחיאות כפיים עצמיים

מיקרוcapsules המכילים סוכני תיקון ניתן להטמיע במעיל הג'ל.כאשר סדקים טפסים, הקפסולות פורצות ושחרר חותם הממלא את הסדקים.טכנולוגיה זו, עדיין במחקר, יכול להאריך באופן דרמטי מרווחי תחזוקה עבור מודולים של buoyancy ודיור.

הערכה מתקדמת ובדיקה

מערכות ניטור בריאות סטרקטידור (SHM) באמצעות סיבים משובצים Bragging (FBG) חיישנים או חיישני פליטה אקוסטיים יכולים לזהות נזק רכיבי GFRP בזמן אמת.זה מאפשר תחזוקה מבוססת תנאים במקום גלגולים מתוכנן, צמצום עלויות התפעוליות.רשתות חיישן אלחוטי יכול להעביר נתונים מחלקים מסובכים למערכת בקרה מרכזית.

ייצור אוטומטי

הניחוש הרובוטי והשקע האוטומטי (ATL) מותאמים לחלקים ימיים גדולים.תהליכים אלה להפחית עלויות העבודה, לשפר את יכולת ההחזרה ולהפחית את הפסולת.עבור הפקת רכיבי WEC (אם נפחי אנרגיה גל), אוטומציה של תהליכים תהיה חיונית.

תחזית לעתיד וקיימות

אימוץ של GFRP ברמה ימית בגיורי אנרגיה גל צפוי להגדיל ככל שהתעשייה מתבגרת.כמה מגמות מצביעות על שילוב עמוק יותר.

הערכה של מחזור חיים (LCA)

פרויקטים עתידיים ידרושים LCA קפדני להשוות חומרים.מחקרים מוקדמים מצביעים על כך שרכיבי GFRP WEC יש טביעת רגל פחמן נמוכה יותר מאשר אלה מפלדה מעל 20 שנים כאשר שוקלים תחזוקה ופחתת קורוזיה.כפי שמחזור מחזור חוזר משתפר, ההשפעה העריסה אל-קרדלה תקטין עוד יותר.

עיצוב כלכלה מעגלי

עיצובים חדשים של WEC משלבים עקרונות של עיצוב עבור מחזוריות: באמצעות רסטין תרמופלסטי, הימנעות אג"ח דבק בין חומרים דיסימיים, סימון חלקים עבור קל מיון, ושילוב תוכן ממוחזר. כמה יצרנים לחקור מערכות סגורות-loop שבו להבים GFRP הישן הם קרקע למטה ומשמשים כממלאים עבור מודולים חדשים של buoyancy.

סטנדרט והסמכת

חברות סיווג (DNV GL, הלשכה Veritas, הרישום של לויד) פיתחו כללים ספציפיים עבור מרוכבים באנרגיה מתחדשת ימית.תקנים אלה קובעים פרוטוקולים בדיקות, בקרת איכות ותחזיות חיי שירות. Adherence לנורמות אלה בנתה אמון בקרב משקיעים ומשקיעים, תוך מתן פריסה.

ניכוי עלויות באמצעות Scale

בעוד פרויקטים של אנרגיית הגל גדלים מטייס בקנה מידה מסחרי, הנחות נפח על סיבים זכוכית ו resin, יחד עם תהליכי ייצור אופטימיזציה, יפחיתו את העלות של רכיבי GFRP. אוטומציה וייצור רב-שיח יכול להביא עלויות קרוב יותר לאלה של ייצור פלדה, אבל עם עלויות מחזור חיים נמוכות יותר.

מסקנה

סיבי זכוכית ברמה הנחתית מחזקים פלסטיק כבר הוכיחו את הערך שלהם במגזר האנרגיה הגל, מתן שילוב של עמידות לשחיתות, משקל אור, כוח גבוה, גמישות עיצוב כי חלופות מתכת לא יכול להתאים. ממודולים של buoyancy ו להבים הידרודינמיקה לדיור מים ותמיכה מבנים, GFRP מאפשר WECs לפעול באופן אמין בסביבה האוקיינוס הקשה במשך עשרות שנים.