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在海洋能源開發(fā)中的應(yīng)用

1.海上風(fēng)力發(fā)電

海上風(fēng)電資源豐富，是未來發(fā)展的重要領(lǐng)域，也是風(fēng)電技術(shù)最先進(jìn)、需求最大的領(lǐng)域。中國的海岸線長約1800公里，有6000多個(gè)島嶼。東南沿海和海島地區(qū)風(fēng)能資源豐富，易于開發(fā)。近年來，大力推進(jìn)海上風(fēng)電發(fā)展得到了相關(guān)部門的支持。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片重量的90%以上由復(fù)合材料制成。海上風(fēng)力大，功率高，必然要求葉片更大，比強(qiáng)度和耐久性更好。顯然，碳纖維復(fù)合材料能夠滿足發(fā)展大型化、輕量化、高性能、低成本發(fā)電葉片的要求，比玻璃纖維復(fù)合材料更適合海洋應(yīng)用。

碳纖維復(fù)合材料在海上風(fēng)力發(fā)電中具有明顯的優(yōu)勢。碳纖維葉片質(zhì)量低，剛性高，模量是玻璃纖維制品的3 ~ 8倍。海洋環(huán)境，濕度大，氣候多變，風(fēng)扇24小時(shí)工作。葉片抗疲勞性能好，能更好地抵御惡劣天氣；提高了葉片的氣動(dòng)性能，降低了塔架和軸上的載荷，使風(fēng)機(jī)的輸出功率更加平穩(wěn)均衡，提高了能效；利用碳纖維的導(dǎo)電性和特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效避免雷電對(duì)葉片的損壞。降低風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的制造和運(yùn)輸成本；具有減振特性等。  

2.水下油氣田

近年來，碳纖維復(fù)合材料在海洋油氣開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用。海洋環(huán)境中的腐蝕、水下暗流引起的高壓和強(qiáng)剪切對(duì)材料的耐蝕性、強(qiáng)度和疲勞性能提出了嚴(yán)格的要求。碳纖維復(fù)合材料在海上油田開發(fā)中的輕質(zhì)、耐用、耐腐蝕等方面具有明顯優(yōu)勢:水深1500米的鉆井平臺(tái)鋼制系泊纜重量約為6500噸，碳纖維復(fù)合材料的密度是普通鋼的1/4。如果用碳纖維復(fù)合材料代替部分鋼材，鉆井平臺(tái)的載荷將顯著降低，平臺(tái)的建造成本也將節(jié)省。抽油桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)容易因管外海水壓力與管內(nèi)壓力不平衡導(dǎo)致材料疲勞斷裂，而碳纖維復(fù)合材料可以解決這一問題。由于海水環(huán)境耐腐蝕，在海水中的使用壽命比鋼長，服役深度更深。

碳纖維復(fù)合材料可用作生產(chǎn)井管、抽油桿、儲(chǔ)罐、海底輸油管道、甲板和油田鉆井平臺(tái)的其他部件。制造工藝分為拉擠工藝和濕法纏繞工藝。拉擠成型法通常用于普通管和連接管。纏繞法一般用于儲(chǔ)罐和壓力容器的表面，也可用于各向異性柔性管道中，碳纖維復(fù)合材料以特定角度纏繞排列在鎧裝層中。

碳纖維復(fù)合材料制成的連續(xù)抽油桿是一種類似薄膜的帶狀結(jié)構(gòu)，具有良好的柔韌性。它于20世紀(jì)90年代在美國產(chǎn)生和應(yīng)用。它是以碳纖維為增強(qiáng)纖維，不飽和樹脂為基體材料，經(jīng)高溫交聯(lián)固化，采用拉擠工藝生產(chǎn)而成。2001年至2003年，碳纖維抽油桿和普通鋼抽油桿作為試點(diǎn)項(xiàng)目在中國純梁油田使用。使用碳纖維抽油桿可以明顯增加產(chǎn)油量，降低電機(jī)負(fù)荷，節(jié)約能源。而且碳纖維復(fù)合抽油桿比鋼質(zhì)抽油桿更耐疲勞、耐腐蝕，更適合海底油田的開發(fā)。