Technology for Tidal Turbine Blades

Abstract

The recent years have seen an increase in the interest in and need for renewable energy due to changes in the climate. Wind and tidal turbines are important sources of renewable energy, and the blades of these turbines are challenging components in these systems. The purpose of this project is to determine the potential for making a technology shift in the composite tidal turbine blade production. Until now, blades have been made by vacuum infusion of glass fibers in different sections which have been bonded together to a blade. The technology shift in question involves producing the blade as a single piece by vacuum infusion and changing the material to a composite of steel fibers and epoxy instead of glass fibers and epoxy. Steel fiber composites are considerably easier to renew than glass fiber composites. The vision that drives the project is that renewable energy should be harvested by tools which are as renewable as the energy source itself.

In this project a new turbine blade is dimensioned with steel fiber and epoxy composite material. The blade meets requirements made regarding fatigue limits, maximum stresses and displacements.

Three infusions of turbine blade sections were made. The first infusion was a thick-walled glass fiber blade. The second infusion was a thick-walled steel fiber blade which was unsuccessful due to an exothermal reaction caused by too much accelerator in the resin which melted the vacuum bag and spoiled the vacuum. The third infusion was a thin walled steel fiber blade which was successful. Experiences from this project are important results which will be passed on to future projects in the same field.

The results of this project indicate that it should be possible to produce steel fiber turbine blades in one piece through vacuum infusion.

På grunn av endringer i klimaet har det de siste årene vært en økning både i interessen og behovet for fornybar energi. Vind- og tidevannsturbiner er viktige kilder til fornybar energi og bladene til disse turbinene er utfordrende komponenter i systemene. Hensikten med dette prosjektet er å undersøke potensialet for et teknologiskifte i produksjonen av tidevannsturbinblad i komposittmateriale. Frem til nå har bladene blitt produsert gjennom vakuuminfusjon av glassfiber i forskjellige seksjoner som senere har blitt satt sammen til et blad. Teknologiskiftet som omtales her innebærer å produsere bladet i en del gjennom vakuuminfusjon og å bytte  Stålfiberkompositter er betydelig lettere å gjenvinne enn glassfiberkompositter. Visjonen som er drivkraften bak prosjektet er at fornybar energi bør kunne utnyttes ved hjelp av verktøy og metoder som er like fornybare som energikilden selv.

I dette prosjektet har et nytt turbinblad blitt dimensjonert i stålfiber og epoxy komposittmateriale. Bladet oppfyller krav til utmattingssikkerhet, maksimale spenninger og utbøyning under belastning.

Tre infusjoner av turbinbladseksjoner har blitt utført. Den første infusjonen var et tykkvegget glassfiberblad. Den andre infusjonen var et tykkvegget stålfiberblad som ble mislykket på grunn av en eksoterm reaksjon som følge av for mye akselerator i herderen. Varmen smeltet vakuumfilmen og ødela vakuumet. Den tredje infusjonen var et vellykket, tynnvegget stålfiberblad. Erfaringer fra dette prosjektet anses som en del av produktet og vil bli gitt videre til fremtidige prosjekt innenfor samme tema.

Resultatene fra dette prosjektet tyder på at det bør være mulig å produsere stålfiberturbinblad i en del ved bruk av vakuuminfusjon.