根据桑迪亚国家实验室研究人员领导的一项研究，一种新型碳纤维材料如果得到商业开发，将为风能产业带来成本和性能上的优势。含有碳纤维的风力叶片比传统玻璃纤维材料制成的叶片重量轻 25%。这意味着碳纤维叶片可以比玻璃纤维叶片更长，因此可以在风力较弱的地方捕获更多的能量。桑迪亚实验室的风能研究员、该项目的首席研究员布兰登-恩尼斯（Brandon Ennis）说，改用碳纤维材料还可以延长叶片的使用寿命，因为碳纤维材料具有很高的抗疲劳性。该项目由能源部能源效率和可再生能源办公室的风能技术办公室资助。该项目的合作伙伴包括橡树岭国家实验室和蒙大拿州立大学。在所有生产风力涡轮机的公司中，只有一家公司在叶片设计中广泛使用碳纤维材料。恩尼斯说，风力涡轮机叶片是世界上最大的单件复合材料结构，如果一种在成本价值上可与玻璃纤维增强复合材料相媲美的材料能够投入商业使用，那么按重量计算，风能行业将成为碳纤维材料的最大市场。在风能行业的部件设计中，成本是主要考虑因素，但涡轮机制造商还必须制造出能承受叶片旋转时长达 30 年的压缩和疲劳载荷的叶片。恩尼斯和他的同事们想知道，橡树岭国家实验室开发的一种新型低成本碳纤维能否在满足性能需求的同时，为风能行业带来成本效益。这种材料从纺织业广泛使用的前体开始，前体中含有厚厚的丙烯酸纤维束。制造过程是将纤维加热转化为碳，然后再经过一个中间步骤，将碳纤维拉制成木板。木板拉挤工艺生产出的碳纤维具有刀片制造所需的高性能和高可靠性，同时还能实现高产能。研究小组在研究这种低成本碳纤维时发现，就风能行业最感兴趣的成本特定性能而言，它比目前的商用材料性能更好。ORNL 提供了来自其碳纤维技术设施的碳纤维开发样品、用这种材料制成的复合材料以及用市售碳纤维制成的类似复合材料进行比较。蒙大拿州立大学的同事测量了新型碳纤维与市售碳纤维和标准玻璃纤维复合材料的机械性能。然后，恩尼斯将这些测量结果与 ORNL 的成本建模结果相结合。他将这些数据用于叶片设计分析，以评估使用新型碳纤维而不是标准碳纤维或玻璃纤维作为风力叶片的主要结构支撑对系统的影响。这项研究由美国能源部风能技术办公室资助。恩尼斯和他的同事们发现，新型碳纤维材料的每美元抗压强度比商用碳纤维（行业基准）高出 56%。通常情况下，制造商会通过使用更多材料来制造部件，以适应较低的抗压强度，从而增加成本。考虑到新型碳纤维更高的单位成本抗压强度，Ennis 的计算结果预测，与商用碳纤维相比，使用新型碳纤维制造风力涡轮机叶片的主要结构部件--翼盖，可节省约 40% 的材料成本。