Materiali compositi di potenza: innovazione che guida lo sviluppo ad alte prestazioni nelle attrezzature di energia

1. Laminati compositi in fibra tappetini

I laminati compositi in fibra sono materiali isolanti realizzati da stuoie in fibra di vetro a caldo, tappetini in fibra di carbonio o stuoie di fibra aramidica con resine ad alte prestazioni come resina epossidica o resina fenolica. Questi laminati sono caratterizzati da un eccellente isolamento elettrico, in grado di resistere ad alta tensione con bassa perdita dielettrica e forte resistenza all'arco.

Grazie alla loro alta resistenza e a basso peso, i laminati compositi in fibra tappetino vengono ampiamente utilizzati nelle apparecchiature di alimentazione. Rispetto alla ceramica e ai metalli tradizionali, offrono una densità inferiore mantenendo una forza di flessione e trazione impressionante. Il materiale vanta anche una forte resistenza agli agenti atmosferici e alla corrosione, eseguendo in modo affidabile in ambienti umidi, ad alta temperatura o corrosiva.

Le applicazioni includono partizioni di isolamento in sottostazioni, strutture di supporto nei quadri ad alta tensione e supporti per buste. Ad esempio, all'interno dei quadri ad alta tensione, questi laminati riducono il rischio di cortocircuiti e migliorano la sicurezza operativa. A differenza dei supporti in metallo, che possono arrugginire e degradare in ambienti umidi, i supporti compositi di buste offrono un isolamento superiore e aiutano a ridurre al minimo la scarica della corona.

Guardando al futuro, mentre i sistemi di trasmissione e distribuzione di potenza si evolvono verso livelli di tensione più elevati, i laminati compositi in fibra continueranno a svilupparsi nella direzione di una maggiore resistenza dielettrica, peso più leggero e maggiore compatibilità ambientale. I progressi come i sistemi di resina riempiti di nano miglioreranno ulteriormente la stabilità termica e la resistenza all'invecchiamento.

2. Compositi componenti strutturali isolati per i sistemi UHVDC

I sistemi di trasmissione a corrente continua di tensione ad altissima tensione (UHVDC) richiedono materiali con prestazioni estremamente elevate. I materiali compositi, con la loro resistenza superiore, resistenza alla fatica e isolamento, sono diventati indispensabili nelle apparecchiature UHVDC.

Questi componenti sono in genere realizzati in epossidico rinforzato in fibra di vetro (GFRP) o epossidico rinforzato in fibra di carbonio (CFRP). Offrono un'eccezionale resistenza meccanica, in grado di resistere al vento, alle forze sismiche e alle dure condizioni ambientali. Rescono anche il flashover dell'inquinamento e le radiazioni UV, rendendoli adatti a applicazioni climatiche complesse.

Nelle applicazioni del mondo reale, i posti di isolanti compositi utilizzati nelle linee UHVDC sono più chiari e più resistenti ai flashover di contaminazione rispetto agli isolanti di ceramica tradizionali. Le traverse composite presentano una resistenza significativamente più elevata rispetto alle strutture in acciaio pur essendo molto più leggeri, riducendo così i costi di installazione e manutenzione.

Inoltre, i tiraggi isolanti compositi sono sempre più utilizzati nei sistemi di supporto alla trasmissione e alla distribuzione, minimizzando efficacemente la perdita di energia dalla scarica di corona. Con la Cina che accelera la costruzione della sua rete di trasmissione UHV - previsto per coprire più province entro il 2030 - la domanda di mercato per questi componenti compositi è destinata a crescere rapidamente. Questa tendenza sta guidando l'innovazione in corso nello sviluppo dei materiali, all'ottimizzazione dei processi e agli aggiornamenti del prodotto.

3. Piatti bipolari compositi modellati

Le piastre bipolari composite modellate sono ampiamente utilizzate nella trasmissione e nella distribuzione CC ad alta tensione, nelle celle a combustibile e nei sistemi di accumulo di energia. Prodotti attraverso lo stampaggio ad alta temperatura di fibra di carbonio, polvere di grafite e resina termoinstratta, queste piastre combinano una resistenza leggera e alta con eccellente conducibilità e proprietà di isolamento.

Ottimizzano la distribuzione attuale e l'efficienza del sistema dimostrando una forte resistenza alla corrosione e durata in ambienti umidi e ad alta temperatura. Le applicazioni includono piastre di elettrodi nei sistemi di accumulo di energia come batterie al litio e supercondensatori.

Nelle stazioni di convertitore HVDC, le piastre bipolari composite migliorano l'efficienza di conversione dell'energia. Nel settore dell'energia dell'idrogeno, le pile di celle a combustibile si basano su queste piastre per migliorare sia la conduttività che la longevità.

Il futuro sviluppo di piastre bipolari composite modellate si concentrerà sul raggiungimento di una minore resistenza di contatto, una maggiore conducibilità e una maggiore durata. Le innovazioni come i riempitivi di nano-carbonio dovrebbero migliorare ulteriormente le prestazioni, ampliando le loro applicazioni attraverso lo stoccaggio di energia e la trasmissione ad alta tensione.

Conclusione

Con i loro vantaggi di alta resistenza, basso peso, isolamento eccellente e forte resistenza alle intemperie, i materiali compositi di potenza svolgono un ruolo sempre più vitale nelle moderne attrezzature di trasmissione e distribuzione di energia. Prodotti come i laminati compositi in fibra tappetini, parti strutturali isolate composite UHVDC e piastre bipolari composite modellate offrono soluzioni più sicure, più durevoli ed economiche per l'industria elettrica.

Man mano che le griglie intelligenti e le nuove tecnologie di stoccaggio energetico continuano ad avanzare, gli scenari di applicazione per materiali compositi si espanderanno ulteriormente. Supportato da tecniche di produzione all'avanguardia e sviluppo del materiale di prossima generazione, il settore dell'energia è destinato ad entrare in una nuova era di efficienza, sicurezza e sostenibilità, limitata dai compositi.