海浪能和潮汐能――復合材料的新興市場

    復合材料行業已然在風能市場取得重大成功，但其能否從正在發展的海浪能和潮汐能市場同樣分一杯羹？George Marsh對此進行了報道。
    風能是已被人類廣泛接受的成熟能源，而水基可再生能源很可能會成為另一種能量來源，雖然還需要十年或更久的時間才會成熟。有些地方已經開始使用并安裝海浪和潮汐流設備的原型和試制品。復合材料在捕獲風能方面非常有效，在控制水力能量方面似乎同樣有用。
    將水流轉化成電流對材料提出了巨大挑戰。水環境對材料是非常不利的，因為水的密度大約是空氣的830倍（確切數值取決于水的深度）；流速是變化的，通常還會帶有與退潮方向相反的湍流；持續的潮氣侵蝕會隨著設備的運動而加劇；維修工作必須減少，因為進入水下設備極其不便。
    另一個因素疲勞失效——通常這對復合材料來說并非重要問題——也變成了一大問題，因為湍流環境中復合材料的使用壽命通常定為20-25年。據英國Aviation Enterprises Ltd（AEL）公司總經理Angus Fleming介紹，他們為開發潮汐流發電機的幾家公司生產轉子。
    “疲勞失效最近才得到人們的重視。因此在轉子的設計上通常會超出標準30%，以確保其達到所需的耐久性。就材料的使用率和性能來說，這有些浪費。” 
    AEL在2008年決定涉足海洋可再生能源領域時，就開始著手解決這一設計缺陷。在Carbon Trust（英國政府成立的以降低碳排放為目的的公司）和其他公司的支持下，該公司帶頭進行材料和結構的測試，包括水下環境中粘結接頭的性能。加速老化試驗是驅動器測試的一部分。
    參與研發工作的還有其他一些機構：布里斯托爾大學，提供必要的理論支持；先進復合材料集團（ACG），主要的材料供應商；以及多家潮汐流發電機開發商。研發工作的重點是開發一種耐疲勞性較高的樹脂基體。環氧樹脂常用于水下環境中，因為在所有樹脂中，它們最能抵抗潮氣的侵蝕和水解破壞。因此開發工作就集中在環氧聚合物的改性上，以提高其耐疲勞性能。AEL及其合作伙伴們正在努力開發這種環氧樹脂，其不但具有所需的全部特性，還能確保材料的最有效利用。Fleming認為，目前的研發工作解決了試制葉片遇到的一些基本問題，這將為大型潮汐流發電機轉子葉片的量產帶來希望。
    “研發和測試程序一旦完成，我們在設計方面將比現在前進一大步。”他表示，“那時，我們就能夠根據主負載狀況進行恰當的設計。”