berita

Percetakan 3D bilah termoplastik membolehkan kimpalan haba dan meningkatkan kebolehkitar semula, menawarkan potensi untuk mengurangkan berat dan kos bilah turbin sekurang-kurangnya 10%, dan masa kitaran pengeluaran sebanyak 15%.

Pasukan penyelidik Makmal Tenaga Boleh Diperbaharui Kebangsaan (NREL, Golden, Colo., AS), yang diketuai oleh jurutera teknologi angin kanan NREL Derek Berry, terus memajukan teknik baru mereka untuk mengeluarkan bilah turbin angin termaju denganmemajukan gabungan merekatermoplastik boleh dikitar semula dan pembuatan aditif (AM). Pendahuluan itu dimungkinkan dengan pembiayaan daripada Pejabat Pembuatan Termaju Jabatan Tenaga AS — anugerah yang direka untuk merangsang inovasi teknologi, meningkatkan produktiviti tenaga pembuatan AS dan membolehkan pembuatan produk termaju.

Hari ini, kebanyakan bilah turbin angin skala utiliti mempunyai reka bentuk kulit kerang yang sama: Dua kulit bilah gentian kaca diikat bersama dengan pelekat dan menggunakan satu atau beberapa komponen pengerasan komposit yang dipanggil web ricih, satu proses yang dioptimumkan untuk kecekapan sepanjang 25 tahun yang lalu. Walau bagaimanapun, untuk menjadikan bilah turbin angin lebih ringan, lebih panjang, lebih murah dan lebih cekap dalam menangkap tenaga angin — penambahbaikan yang kritikal kepada matlamat mengurangkan pelepasan gas rumah hijau sebahagiannya dengan meningkatkan pengeluaran tenaga angin — penyelidik mesti memikirkan semula sepenuhnya kulit kerang konvensional, sesuatu yang tumpuan utama pasukan NREL.

Untuk memulakan, pasukan NREL memberi tumpuan kepada bahan matriks resin. Reka bentuk semasa bergantung pada sistem resin termoset seperti epoksi, poliester dan ester vinil, polimer yang, setelah sembuh, silang silang seperti semak duri.

"Sebaik sahaja anda menghasilkan bilah dengan sistem resin termoset, anda tidak boleh membalikkan proses itu," kata Berry. “Itu [juga] membuat bilahsukar untuk dikitar semula.”

Bekerja denganInstitut Inovasi Pembuatan Komposit Termaju(IACMI, Knoxville, Tenn., AS) dalam Kemudahan Pendidikan dan Teknologi Pembuatan Komposit (CoMET) NREL, pasukan berbilang institusi membangunkan sistem yang menggunakan termoplastik, yang, tidak seperti bahan termoset, boleh dipanaskan untuk memisahkan polimer asal, membolehkan hujung kebolehkitar semula -of-life (EOL).

Bahagian bilah termoplastik juga boleh dicantumkan menggunakan proses kimpalan terma yang boleh menghilangkan keperluan untuk pelekat - selalunya bahan berat dan mahal - meningkatkan lagi kebolehkitar semula bilah.

"Dengan dua komponen bilah termoplastik, anda mempunyai keupayaan untuk menyatukannya dan, melalui penggunaan haba dan tekanan, sertai mereka," kata Berry. "Anda tidak boleh melakukannya dengan bahan termoset."

Melangkah ke hadapan, NREL, bersama rakan kongsi projekKomposit TPI(Scottsdale, Ariz., AS), Penyelesaian Kejuruteraan Tambahan (Akron, Ohio, AS),Alat Mesin Ingersoll(Rockford, Ill., AS), Universiti Vanderbilt (Knoxville) dan IACMI, akan membangunkan struktur teras bilah yang inovatif untuk membolehkan pengeluaran cekap kos bagi bilah berprestasi tinggi, sangat panjang — lebih 100 meter panjang — yang agak rendah berat badan.

Dengan menggunakan percetakan 3D, pasukan penyelidik berkata ia boleh menghasilkan jenis reka bentuk yang diperlukan untuk memodenkan bilah turbin dengan teras struktur berbentuk jaring yang direka bentuk tinggi dengan ketumpatan dan geometri yang berbeza-beza antara kulit struktur bilah turbin. Kulit bilah akan diselitkan menggunakan sistem resin termoplastik.

Jika mereka berjaya, pasukan akan mengurangkan berat dan kos bilah turbin sebanyak 10% (atau lebih) dan masa kitaran pengeluaran sekurang-kurangnya 15%.

Sebagai tambahan kepadaanugerah AMO FOA utamauntuk struktur bilah turbin angin termoplastik AM, dua projek subgrant juga akan meneroka teknik pembuatan turbin angin termaju. Colorado State University (Fort Collins) mengetuai projek yang turut menggunakan percetakan 3D untuk membuat komposit bertetulang gentian untuk struktur bilah angin dalaman yang baru, denganOwens Corning(Toledo, Ohio, AS), NREL,Arkema Inc.(Raja Prussa, Pa., AS) dan Vestas Blades America (Brighton, Colo., AS) sebagai rakan kongsi. Projek kedua, diketuai oleh GE Research (Niskayuna, NY, AS), digelar AMERICA: Bilah Rotor Didayakan Tambahan dan Modular dan Pemasangan Komposit Bersepadu. Bekerjasama dengan GE Research ialahMakmal Kebangsaan Oak Ridge(ORNL, Oak Ridge, Tenn., US), NREL, LM Wind Power (Kolding, Denmark) dan GE Renewable Energy (Paris, Perancis).

Daripada: compositesworld