Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике  
ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику, электронику и автоматику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод, альтернативные источники энергии и многое другое.
 
Школа для электрика | Правила электробезопасности | Электротехника | Электроника | Провода и кабели | Электрические схемы
Автоматизация | Тренды, актуальные вопросы | Передовые энергетические технологии | Обучение электриков | Контакты



 

База знаний | Избранные статьи | Эксплуатация электрооборудования | Электроснабжение
Электрические аппараты | Электрические машины | Электропривод | Электрическое освещение

 Школа для электрика / Передовые энергетические технологии / Возобновляемые источники энергии / 3D-печать компонентов ветряных лопастей для ветроэлектростанций


 Школа для электрика в Telegram

3D-печать компонентов ветряных лопастей для ветроэлектростанций


Энергия ветра, без сомнения, является одним из наиболее важных ресурсов для создания более чистой и устойчивой энергетической отрасли. Поэтому неудивительно, что многие страны мира постоянно увеличивают свои ветроэнергетические мощности, чтобы уменьшить негативное воздействие энергетической отрасли, зависящей от ископаемого топлива.

Если Европа хочет к 2026 году достичь своей цели по 40-процентному использованию возобновляемых источников энергии, начиная с 2022 года необходимо будет устанавливать 32 ГВт новых ветряных электростанций каждый год. В этом начинании важную роль могут сыграть новые строительные технологии. Одной из таких технологий является аддитивное производство.

Ветроэлектрические установки

Аддитивное производство (AM), также известное как 3D-печать, — это термин, используемый для описания процесса создания трехмерного объекта из модели автоматизированного проектирования (САПР) или цифровой 3D-модели, которая позволяет создавать более легкие, более прочные детали и системы.

Аддитивное производство использует программное обеспечение CAD или сканеры 3D-объектов, чтобы направлять оборудование для нанесения материала в точные геометрические формы.

3D-печать используется во многих отраслях, таких как пищевая промышленность, индустрия моды, транспортная отрасль, а также энергетика.

В последнее время несколько энергетических компаний, особенно связанных с ветровой энергетикой, которые постоянно ищут более эффективные и устойчивые способы оптимизации производства, обратились к этой технологии и попытались использовать ее различные преимущества в своих интересах.

3D-печать позволяет создавать компоненты ветряных турбин на месте, что делает строительство высоких турбин менее сложным и дорогостоящим, поскольку в этом случае не нужно транспортировать отдельные компоненты на место.

Компанией General Electric (GE) был создан новый исследовательский центр, целью которого является 3D-печать бетонных оснований гигантских башен ветряных турбин. Ученые, ответственные за проект, надеются, что он поможет снизить затраты отрасли, поскольку турбины становятся выше.

Исследование направлено на поиск эффективных способов 3D-печати нижней части башен ветряных турбин на месте ветряных электростанций, что позволило бы снизить транспортные расходы.

Объект расположен в Бергене, штат Нью-Йорк, и является частью совместного проекта с цементной компанией Holcim и Cobod, компанией, производящей 3D-принтеры.

Принтер в Бергене имеет размеры трехэтажного здания и способен печатать секции башни высотой до 20 метров. Он считается одним из крупнейших в мире и печатает более 10 тонн настоящего бетона каждый час.

Исследование проводится при финансовой поддержке Министерства энергетики США. Ожидается, что первые полевые применения будут проведены где-то в ближайшие пять лет.

Также в стадии реализации находятся несколько других проектов, направленных на то, чтобы сделать производство крупных компонентов ветряных турбин менее затратным.

В 2021 году, исследовательский институт Fraunhofer IGCV и производитель струйных систем voxeljet объявили, что они объединяют усилия для разработки большого 3D-принтера для ветряных турбин.

Так называемая «Advance Casting Cell» или «ACC» предназначена для печати форм для литья деталей ветряной турбины GE Haliade-X, каждая из которых может весить до 60 тонн. Когда первые испытания начнутся в 2022 году, инженеры считают, что машина сократит время изготовления пресс-форм на 80%.

Технология распыления связующего High Speed Sintering (HSS) компании voxeljet будет использоваться для осаждения порошков, покрытых связующим, которые затем нагреваются в слоях с помощью инфракрасного излучателя.

В прошлом 3D-принтер VX4000 использовался для создания больших произведений искусства, где он создал опалубку для строительства потолка 78м2.

В сотрудничестве с GE и Fraunhofer IGCV технология voxeljet будет интегрирована в комплексную новую систему, которая способна создавать формы для ветряных турбин, особенно сложные металлические детали, совершенно новым способом. Формы, используемые для отливок, будут иметь диаметр до 9,5 м и весить 60 тонн и более.

Участие Fraunhofer IGCV в проекте будет заключаться в надзоре и решении любых проблем, связанных с литьем, мониторингом процесса или материалом, которые могут возникнуть во время работы. Институт также будет контролировать тепловые характеристики деталей во время литья, а также разрабатывать новые подходы к контролю процесса.

Ветряная турбина Haliade-X

Ветряная турбина Haliade-X, сфотографированная в Нидерландах 2 марта 2022 года. Haliade-X является частью нового поколения огромных турбин, которые будут установлены в ближайшие годы.

Также в 2021 г., исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) пытались еще больше улучшить свое инновационное сочетание перерабатываемых термопластов и 3D-печати для производства усовершенствованных лопастей ветряных турбин.

На первом этапе команда NREL сосредоточила свое внимание на материале полимерной матрицы. В отличие от используемых в настоящее время конструкции, использующие термореактивные смолы, полиэфиры и виниловые эфиры, группа ученых создала системы, в которых используются термопласты. Их можно нагревать для отделения исходных полимеров, что обеспечивает возможность вторичной переработки по окончании срока службы.

Части лопасти из термопластика также могут быть соединены с использованием процесса термической сварки, что может снизить потребность в клеях, поскольку они часто дороги, и дополнительно улучшить возможность вторичной переработки лопасти.

Производство лопастей для ветряных турбин на большом 3D-принтере

Производство лопастей для ветряных турбин на большом 3D-принтере

В настоящее время пресс-формы и оснастка для больших лопастей могут стоить более 10 миллионов долларов, а время выхода пресс-форм на рынок в течение 16–20 месяцев может задушить инновации.

3D-печать компонентов ветряных турбин имеет много потенциальных преимуществ: она может привести к более локальным и гибким цепочкам поставок, а также к повышению качества компонентов лопастей, чему способствует автоматизированный и цифровой характер технологии.

Кроме того, с помощью 3D-печати можно создавать более эффективные конструкции, которые можно адаптировать для конкретных мест и приложений, например, в отношении размера турбины.

3D-печать также увеличит количество генерируемой чистой энергии, а также снизит углеродный след отрасли за счет уменьшения количества деталей, которые необходимо транспортировать на большие расстояния.

3D-печать позволяет исследовать новые методы проектирования с использованием таких инструментов, как оптимизация топологии. В результате можно использовать детали и материалы, которые требуют меньше энергии для производства и образования меньшего количества отходов.

В то же время более устойчивый процесс разборки по окончании срока службы, который улучшает возможность восстановления материалов и цикличность, достигается за счет консолидации. Например, ученые работают над методами использования материалов, полученных из переработанных лопастей, при 3D-печати башен для новых турбин.

С учетом того, что во многих промышленных областях, где 3D-печать уже применяется устойчиво, ученые уверены, что технология 3D-печати может быть успешно использована для производства малых и крупных компонентов ветряных турбин, а также для быстрого прототипирования и оказывает прямое и непосредственное влияние на эффективность заводских операций.

Возможно, потребуется время, чтобы исправить тот или иной недостаток, который может быть обнаружен во время его крупномасштабного применения, но потенциал велик и в конечном итоге приведет к более эффективному и менее затратному производству электрической энергии на ветроэлектрических установках.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика