面向海上光伏支撑平台的高耐竹纤维重组工程材料的开发
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发布日期:2024-12-26 至 2026-12-01 附件:0个
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预算金额:600万元人民币
现状:
海上光伏作为一种具有巨大发展潜力的新能源形式,不仅能够有效缓解能源供应压力,大大节省陆地上的土地资源,避免与农业、城市建设等领域的土地争夺,还能推动相关产业链的发展,减少温室气体排放,推动产业绿色低碳发展。我国海岸线纵长,发展海上光伏产业必将成为未来光伏产业的重要方向,其产业保守估计将达到5万亿元以上。
当前,我国海上光伏电站主要采用近海滩涂固定式建设,国外主要采用漂浮式建设,可利用更大海域面积。海上光伏受水位、洪峰变幅和风力作用,必须建设海上锚固和膜支撑体系,目前主要采用钢材和混凝土,工程造价高,且重量大,不适于海上漂浮式光伏,必须选择更加轻质高强的替代材料。
实现海上光伏支撑平台绿色化和轻量化的一个重要途径就是使用轻质环保的竹纤维重组工程材料。与传统海上锚固和膜支撑材料相比,竹材具有强度高、韧性好、重量轻等优点,其强重比约是钢材的5-7倍。
然而竹纤维重组工程材料在海上光伏平台的应用上还处于萌芽期,没有成熟经验,存在以下几方面的技术瓶颈和“卡脖子”难题:
(1)竹材霉变问题:由于竹材内部富含淀粉、蛋白质和糖类等物质,极易在光照、潮湿和温度等因素的作用下,使其在加工、储运和使用过程中发生霉变。霉变菌的生长繁殖除了消耗淀粉等物质,还会逐步降解纤维素和半纤维素,但对于木质化的细胞壁无显著影响,因此,霉变并不会造成竹材强度的显著下降;
(2)竹材光降解(老化)问题:竹材在光、水和氧气的共同作用下发生黄变、光泽度下降、粗糙度增加和开裂等老化现象则对竹材强度造成显著影响。紫外光辐射是竹材老化降解的主要原因。木质素仲醇羟基、羧基、芳香和酚基在紫外光辐射下持续形成自由基而降解,留下不易降解的纤维素和半纤维素,使光照面呈现灰白色且出现纤维素分层现象,结构疏松开裂,机械强度降低,并进一步加剧霉变,最终使竹材失去应用价值;
(3)竹材尺寸稳定性问题:竹纤维复合材料快速成型容易造成树脂对纤维浸渍不够,纤维屈曲分布不均以及树脂流动不均等问题,影响复合材料的综合性能;竹材的吸湿特性主要来源于两个方面:其一、竹材的主要成分为纤维素、半纤维素以及木质素,这三类物质含有大量的游离羟基,可以与水分子结合产生氢键,使水分被牢牢的锁定在其附近;其二、作为天然多孔材料,竹材具有丰富的毛细管结构,因此水分很容易通过孔隙被吸附,造成竹材吸湿膨胀。
需解决问题:
针对海上光伏支撑平台用竹纤维重组工程材料技术攻关的方向如下:
1. 通过物理或化学方法对竹加工单元进行防霉耐老化处理,从根本上杜绝竹材霉变老化问题。
2. 通过一定方法改善竹材尺寸稳定性,期望实现竹纤维重组工程材料在海上光伏领域的产业化应用。
3. 项目攻关后将实现竹纤维重组工程材料的技术指标如下:
(1)密度 < 0.7 g/cm3;
(2)拉伸强度 > 70 MPa;
(3)弯曲强度 > 65 MPa,弯曲模量 > 8000 MPa;
(4)24h吸水厚度膨胀率 < 8 %;
(5)浸渍剥离:四个侧面的各层层板之间的任一胶层的累计剥离长度不超过该胶层全长(槽口长度不计)的1/3;
(6)防霉防变色等级:参照国家标准GB/T18261-2013《防霉剂对木材霉菌及变色菌防治效力的试验方法》,产品受霉菌和变色菌表面感染值0-1级,产品受变色菌侵染后变色等级0-1级;
(7)耐久性:参照国家标准GB/T13942.1-2009《木材耐久性能》,产品耐腐等级I级。耐久年限25年。
达成的指标:
经济效益:预计项目执行期间,实现新增产值3000万元,新增税收300万元。竹纤维重组工程材料用作海上光伏支撑平台,按海上光浮产业产值的10 %计算,竹纤维重组工程材料在海上光伏领域将有5000亿元的应用前景。
社会效益:竹纤维重组工程材料在海上光伏产业的应用,能为南平竹产业带来新的发展机遇。一方面,其可推动南平竹产业升级转型,提高竹资源的附加值,增加竹产品的多样性,拓展竹材在新能源等高端领域的应用,有助于解决当前竹材加工企业规模小、产业链不完善等问题,提升产业整体竞争力。另一方面,竹材在海上光伏产业中的应用,能带动相关产业发展,增加就业机会,促进当地经济发展。同时,还上光伏产业对竹纤维重组工程材料的需求,也将刺激南平地区扩大竹林种植面积,加强竹林资源的培育和管理,有利于生态环境保护。