Cánh quạt gió khổng lồ nhất thế giới: Sử dụng vật liệu nào có độ bền gấp 9 lần thép?

Ngày nay, tuabin gió khổng lồ đã trở nên phổ biến trên toàn cầu, với chức năng chính là tạo ra dòng điện ổn định bằng cách quay các cánh quạt mảnh mai của nó. Dù có vẻ như là mảnh nhỏ, nhưng thực tế, các cánh quạt này có kích thước rất lớn.

Trước đó, cánh tuabin gió ở Liên Vân Cảng, Trung Quốc, sản xuất bởi Zhongfu Lianzhong, được coi là lớn nhất thế giới với chiều dài 123 mét. Mỗi cánh nặng hơn 50 tấn, có đường kính gốc lớn hơn 5 mét và diện tích bề mặt lớn hơn 1.000 mét vuông, phù hợp cho việc sử dụng ngoài khơi. Cùng với đó, một tổ máy có thể tạo ra hơn 50 triệu kilowatt giờ.

Tuy nhiên, kỷ lục mới được thiết lập bởi cánh tuabin gió SR260 của Công ty Điện gió Shuangrui, thuộc Tập đoàn Công nghiệp Đóng tàu Trung Quốc 725, tại Diêm Thành, Giang Tô. Cánh quạt này có đường kính lớn tới 260 mét và chiều dài mỗi cánh hơn 125 mét. Với diện tích quét gió vượt quá 53.000 mét vuông, tương đương với diện tích của 7,4 sân bóng đá tiêu chuẩn, nó có thể phục vụ cho tuabin gió 18WM và sản lượng điện hàng năm có thể đạt tới 74 triệu kilowatt giờ.

Tuy nhiên, vào thời điểm hiện tại, cánh tuabin gió lớn nhất và dài nhất trên thế giới đã được Công ty Năng lượng nặng Sany Trung Quốc chế tạo bằng sợi carbon hóa dầu (CFRP). Mỗi cánh quạt đạt đến 131 mét, tương đương với chiều cao của một tòa nhà 45 tầng và đủ rộng để chứa 340 người lớn đứng cạnh nhau. Đây là cánh tuabin gió lớn nhất và dài nhất trên thế giới.

Với kích thước lớn như vậy, việc lựa chọn vật liệu phù hợp trở nên vô cùng quan trọng. Hiệu suất của vật liệu sợi thủy tinh truyền thống (GFRP) đã đạt đến giới hạn khi chiều dài của cánh tuabin gió vượt quá 120 mét, và việc đáp ứng các yêu cầu về độ nhẹ, độ bền cao, độ cứng cao cũng như các yêu cầu khác của cánh tuabin gió quy mô lớn trở nên khó khăn. Tuy nhiên, việc sử dụng vật liệu sợi carbon đã vượt qua thách thức này thành công nhờ vào các đặc tính cơ học xuất sắc và khả năng chống ăn mòn.

Sợi thủy tinh (GFRP): GFRP cũng là vật liệu phổ biến, rẻ hơn CFRP nhưng có độ bền và độ cứng thấp hơn. GFRP thường được sử dụng kết hợp với CFRP hoặc cho các cánh tuabin gió nhỏ hơn.

Với kích thước lớn như vậy, việc sử dụng vật liệu phù hợp là cực kỳ quan trọng. Trong trường hợp này, sợi carbon hóa dầu (CFRP) được chọn với độ bền gấp 9 lần thép, mang lại hiệu suất và độ bền đáng kinh ngạc.

Sợi carbon (CFRP): Đây là vật liệu phổ biến nhất cho cánh tuabin gió lớn. Sợi carbon có độ bền cao gấp 9 lần thép theo trọng lượng, nhẹ hơn thép 40% và có khả năng chịu được các điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Nhờ những ưu điểm này, CFRP giúp cánh tuabin gió hoạt động bền bỉ, hiệu quả trong thời gian dài.

Ảnh: Genk