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國際新研發：復材電力電纜為風力發電提供更多動力

日期：2020-06-16 來源：exelcomposites 瀏覽：2060

芬蘭Exel Composites復材公司的營銷主管Robert Glass解釋了以復合材料為核心的導體是如何幫助將可再生能源輸送到基礎設施的。

聯合國可持續發展目標的目標7鼓勵在將可再生能源整合到建筑，運輸和工業中取得進展。

然而，將可再生能源連接到電網面臨著挑戰，包括架空線路有限的電流容量。我們如何使電網更適合可再生能源整合？

氣候變化可以說是對我們星球的大威脅，其長期影響在規模上是可變的且難以預測。終的極端天氣模式可能會破壞基礎設施，威脅糧食安全，破壞環境并對人類健康和安全構成威脅。

一次強有力的改變

導致氣候變化的一個主要因素是溫室氣體的產生，例如二氧化碳和一氧化二氮。發電產生大量排放，2019年占333億噸。盡管這一數字很高，但與2018年的發電排放相比并沒有增加，打破了先前的排放上升趨勢。

排放的穩定在很大程度上歸因于可再生能源過度的增加。考慮到這一點，如果我們要大程度地減少氣候變化，對可再生能源的吸收必須繼續增加。

風力已經成為流行的可再生能源，地球上有超過340,000臺風力渦輪機，總功率為597吉瓦。風力發電比其他可再生能源有利，因為它不需要水并且占用的橫向空間很小。但是，創造強大的、環境友好的能源資源需要同樣有益的材料來生產和傳輸它們的能量。

多樣的復合材料

復合材料在幫助風力發電領域方面已經廣為人知。渦輪葉片的很大一部分強度來自梁帽，梁帽是葉片內部的支撐梁。用碳纖維制成梁帽可以減輕渦輪機葉片的重量，因此制造商可以生產更長的葉片。這繼而增加了風力渦輪機的功率輸出和效率。

但是，為了增加風力在廣泛的基礎設施中的采用，我們不僅需要優化風力渦輪機的性能，還需要優化其在整個電網中的輸電能力。可以將多少風能連接到電網的主要限制因素通常是架空線的大電流容量。

大電流容量由線路溫度限制確定，該限制可確保線路與地面之間的安全距離。超過電流容量閾值會使電線過熱，從而導致導體材料膨脹和電源線延長，從而引發“熱垂”。電力線的垂下會導致斷電，并帶來健康和安全風險。

一種解決方案是安裝更多的電纜線，但這并不像看起來那樣簡單。電力電纜的檢修是一個大型項目，涉及獲得新的土地使用權，通過環境法規，安裝時間長以及額外的人工成本。該選項需要花費很長時間才能實施，并且會產生大量相關的財務費用。更快，更具成本效益的解決方案是升級現有生產線。

重要關頭

傳統的電力電纜線或導體是鋁導體鋼增強（ACSR）導體，其由外部鋁導電環和鋼芯組成，以提供支撐和強度。但是，鋼具有很高的熱膨脹系數（CTE），這意味著鋼芯電纜在受熱時會顯著膨脹，從而導致熱流掛。

使用現有的電網基礎設施，可以將鋼芯導體替換為具有復合芯的鋁芯復合增強（ACCR）導體。復合芯的CTE比鋼低得多，這意味著它們可以承受更高的溫度而不會導致電纜下垂，從而使電纜成為高溫低垂（HTLS）導體。

在低得多的工作溫度下，復合芯導體可以承載的電流約為鋼芯導體的兩倍。復合芯線還具有比鋼高的強度重量比，從而允許電纜中的鋁量更大，用于功率傳輸而不會壓低電纜。

在過熱的電力市場中，復合芯HTLS導體正在迅速增長，有助于減少熱垂度并提供更多電力。隨著復合芯線增加架空電纜的大電流容量，可以提高從風能向基礎設施傳輸能量的潛力。

Exel Composites制造用于架空電纜的復合芯，并在電氣行業擁有數十年的經驗。復合芯的CTE低，強度重量比高，可大程度地降低熱垂度并大化功率傳輸。Exel還生產用于風力渦輪機葉片的增強復合材料，可以與復合芯增強電纜組合使用，從而為城市基礎設施帶來大量的風力資源。

風力發電已經是一種流行的清潔能源，但是電網基礎設施通常會限制其潛力。復合材料不僅通過提高渦輪機的功率和效率，而且還通過增加電力電纜的電流容量，來幫助風力發電。將先進的材料和技術集成到基礎架構中將幫助我們進一步邁向更可持續的未來。

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