5 возможностей аддитивного производства в ветроэнергетике

Лесли Лэнгнау | 30 января 2019 г.

Инес Кастро, ученый-материаловед и инженер

Технологии аддитивного производства (АП) предлагают ряд преимуществ для ветроэнергетической отрасли. Следующие примеры показывают, что внедрение возможно и даже рекомендуется для более конкурентоспособного на рынке поставщика энергии. Как только технологии станут более развитыми, надежными и стандартизированными, цепочки поставщиков будут сокращены, а производство станет более локализованным, что сократит время и затраты на транспортировку, что позволит внедрить АМ в ветроэнергетике.

В целом АМ может ускорить разработку деталей и компонентов до 75 %, сократить материальные ресурсы до 65 % и сократить выбросы газов до 30 %. Более того, отдельная деталь может быть изготовлена ​​за один этап, не требуя вторичного процесса соединения.

Кроме того, аддитивное производство также можно использовать при ремонте компонентов.

Аддитивное производство применительно к ветряным турбинам Глобальный совет по ветроэнергетике заявил, что ветроэнергетика в последние годы переживает экспоненциальный рост благодаря рынку морских ветряных турбин. Таким образом, развитие и инновации с помощью материалов и производственных технологий необходимы для процветания ветроэнергетики и дальнейшего увеличения годового производства энергии [7].

Лопасти ветряной турбины вращаются и смещаются под действием ветра, заставляя ротор вращаться. Редуктор соединяет низкоскоростной вал с высокоскоростным валом, увеличивая количество оборотов в минуту с 30 до 60 об/мин примерно до 1000–1800 об/мин, которые подключенный генератор использует для преобразования этих вращений в производство электроэнергии. Башня поддерживает конструкцию турбины, а гондола содержит и защищает компоненты наверху башни [9].

Технологии AM демонстрируют большой потенциал, когда дело касается ветроэнергетики, поскольку они могут позволить производить на месте компоненты турбин, предназначенные для уникальных потребностей ресурсов конкретного места. Это, например, снизит затраты на доставку, транспортировку и погрузочно-разгрузочные работы, а также увеличит скорость испытаний новых прототипов лопастей [6].

Пресс-формы, изготовленные аддитивным способом Управление перспективного производства (AMO) Министерства энергетики США начало печатать формы для лопаток с использованием технологий AM (рис. 2). Расширение этого применения в индустрии пресс-форм позволит сократить этапы, стоимость и время изготовления пресс-форм, поскольку традиционный маршрут — это процесс, реализация которого в целом может занять от нескольких недель до месяцев [6, 10].

Форма на рисунке 2 была напечатана в виде нескольких секций на 3D-принтере для аддитивного производства больших площадей (BAAM) в Национальной лаборатории Ок-Ридж.

Рисунок 4. Изготовленная секция лезвия на печатной форме.

Аддитивное производство небольших автономных турбин Проект под названием «Маленькая турбина, которая имеет большое значение», начатый Кайлом Бассеттом, имеет цель установить небольшие ветряные турбины на основе пластика, напечатанные на 3D-принтере, в отдаленных районах с минимальным доступом к электроэнергии. Основатель этого проекта начал с разработки турбины, способной хранить вырабатываемую энергию в батареях для личного использования [11].

Масштабная модель турбины была разработана с использованием 3D-принтера Printerbot Simple Metal. Он включал в себя лопасти, ступицы, соединители ротора, раму и концы лопастей, которые были бы самыми дорогими компонентами, если бы они изготавливались традиционными методами производства [13].

Печатные гондолы Другие приложения могут включать создание гондолы. Преимущества включения АМ в такие конструкции аналогичны, например, экономические стимулы для производства пресс-форм, но также встречаются и проблемы, такие как необходимость обеспечения защиты от атмосферных воздействий, пассивного охлаждения и высокой сложности геометрии.

Однако в рамках проекта Additive Manufacturing Integrated Energy (AMIE) удалось успешно изготовить конструкцию гондолы.