海浪能和潮汐能――复合材料的新兴市场

    复合材料行业已然在风能市场取得重大成功，但其能否从正在发展的海浪能和潮汐能市场同样分一杯羹？George Marsh对此进行了报道。
    风能是已被人类广泛接受的成熟能源，而水基可再生能源很可能会成为另一种能量来源，虽然还需要十年或更久的时间才会成熟。有些地方已经开始使用并安装海浪和潮汐流设备的原型和试制品。复合材料在捕获风能方面非常有效，在控制水力能量方面似乎同样有用。
    将水流转化成电流对材料提出了巨大挑战。水环境对材料是非常不利的，因为水的密度大约是空气的830倍（确切数值取决于水的深度）；流速是变化的，通常还会带有与退潮方向相反的湍流；持续的潮气侵蚀会随着设备的运动而加剧；维修工作必须减少，因为进入水下设备极其不便。
    另一个因素疲劳失效——通常这对复合材料来说并非重要问题——也变成了一大问题，因为湍流环境中复合材料的使用寿命通常定为20-25年。据英国Aviation Enterprises Ltd（AEL）公司总经理Angus Fleming介绍，他们为开发潮汐流发电机的几家公司生产转子。
    “疲劳失效最近才得到人们的重视。因此在转子的设计上通常会超出标准30%，以确保其达到所需的耐久性。就材料的使用率和性能来说，这有些浪费。” 
    AEL在2008年决定涉足海洋可再生能源领域时，就开始着手解决这一设计缺陷。在Carbon Trust（英国政府成立的以降低碳排放为目的的公司）和其他公司的支持下，该公司带头进行材料和结构的测试，包括水下环境中粘结接头的性能。加速老化试验是驱动器测试的一部分。
    参与研发工作的还有其他一些机构：布里斯托尔大学，提供必要的理论支持；先进复合材料集团（ACG），主要的材料供应商；以及多家潮汐流发电机开发商。研发工作的重点是开发一种耐疲劳性较高的树脂基体。环氧树脂常用于水下环境中，因为在所有树脂中，它们最能抵抗潮气的侵蚀和水解破坏。因此开发工作就集中在环氧聚合物的改性上，以提高其耐疲劳性能。AEL及其合作伙伴们正在努力开发这种环氧树脂，其不但具有所需的全部特性，还能确保材料的最有效利用。Fleming认为，目前的研发工作解决了试制叶片遇到的一些基本问题，这将为大型潮汐流发电机转子叶片的量产带来希望。
    “研发和测试程序一旦完成，我们在设计方面将比现在前进一大步。”他表示，“那时，我们就能够根据主负载状况进行恰当的设计。”