Tin tức

Việc in 3D các cánh nhựa nhiệt dẻo cho phép hàn nhiệt và cải thiện khả năng tái chế, mang lại tiềm năng giảm trọng lượng và chi phí của cánh tuabin ít nhất 10% và thời gian chu kỳ sản xuất xuống 15%.

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL, Golden, Colo., Hoa Kỳ), do kỹ sư công nghệ gió cao cấp của NREL Derek Berry dẫn đầu, đang tiếp tục cải tiến các kỹ thuật mới của họ để chế tạo các cánh tuabin gió tiên tiến bằng cáchđẩy mạnh sự kết hợp của họcủa nhựa nhiệt dẻo có thể tái chế và sản xuất phụ gia (AM).Sự tiến bộ này được thực hiện nhờ sự tài trợ từ Văn phòng Sản xuất Tiên tiến của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ - các giải thưởng được thiết kế để kích thích đổi mới công nghệ, cải thiện hiệu suất năng lượng trong hoạt động sản xuất của Hoa Kỳ và cho phép sản xuất các sản phẩm tiên tiến.

Ngày nay, hầu hết các cánh tuabin gió quy mô tiện ích đều có thiết kế vỏ sò giống nhau: Hai vỏ cánh bằng sợi thủy tinh được liên kết với nhau bằng chất kết dính và sử dụng một hoặc một số bộ phận làm cứng bằng composite gọi là lưới cắt, một quy trình được tối ưu hóa để mang lại hiệu quả trong hơn 25 năm qua.Tuy nhiên, để làm cho các cánh tuabin gió nhẹ hơn, dài hơn, ít tốn kém hơn và hiệu quả hơn trong việc thu năng lượng gió – những cải tiến quan trọng đối với mục tiêu cắt giảm phát thải khí nhà kính một phần bằng cách tăng sản lượng năng lượng gió – các nhà nghiên cứu phải suy nghĩ lại hoàn toàn về vỏ sò thông thường, một điều gì đó trọng tâm chính của nhóm NREL.

Để bắt đầu, nhóm NREL đang tập trung vào vật liệu nền nhựa.Các thiết kế hiện tại dựa trên các hệ thống nhựa nhiệt rắn như epoxies, polyesters và vinyl ester, các polyme mà sau khi được xử lý sẽ liên kết ngang giống như các bụi gai.

Berry cho biết: “Một khi bạn sản xuất một lưỡi dao bằng hệ thống nhựa nhiệt rắn, bạn không thể đảo ngược quy trình”.“Điều đó [cũng] làm cho lưỡi kiếmkhó tái chế.”

Làm việc vớiViện đổi mới sản xuất vật liệu tổng hợp tiên tiến(IACMI, Knoxville, Tenn., US) tại Cơ sở Giáo dục và Công nghệ Sản xuất Vật liệu Tổng hợp (CoMET) của NREL, nhóm đa tổ chức đã phát triển các hệ thống sử dụng nhựa nhiệt dẻo, không giống như vật liệu nhiệt rắn, có thể được nung nóng để tách các polyme ban đầu, cho phép kết thúc - khả năng tái chế (EOL).

Các bộ phận của lưỡi dao bằng nhựa nhiệt dẻo cũng có thể được nối với nhau bằng quy trình hàn nhiệt có thể loại bỏ nhu cầu sử dụng chất kết dính - thường là vật liệu nặng và đắt tiền - nâng cao hơn nữa khả năng tái chế của lưỡi dao.

Berry cho biết: “Với hai thành phần lưỡi dao bằng nhựa nhiệt dẻo, bạn có khả năng kết hợp chúng lại với nhau và thông qua tác dụng của nhiệt và áp suất, hãy nối chúng lại với nhau”.“Bạn không thể làm được điều đó với vật liệu nhiệt rắn.”

Tiến về phía trước, NREL cùng với các đối tác dự ánVật liệu tổng hợp TPI(Scottsdale, Ariz., US), Giải pháp kỹ thuật bồi đắp (Akron, Ohio, US),Máy công cụ Ingersoll(Rockford, Ill., US), Đại học Vanderbilt (Knoxville) và IACMI, sẽ phát triển các cấu trúc lõi cánh tiên tiến để cho phép sản xuất hiệu suất cao, các cánh rất dài — dài hơn 100 mét — với chi phí tương đối thấp cân nặng.

Bằng cách sử dụng in 3D, nhóm nghiên cứu cho biết họ có thể tạo ra các loại thiết kế cần thiết để hiện đại hóa các cánh tuabin với các lõi cấu trúc hình lưới, được thiết kế kỹ thuật cao với mật độ và hình dạng khác nhau giữa các lớp cấu trúc của cánh tuabin.Da lưỡi dao sẽ được truyền bằng hệ thống nhựa nhiệt dẻo.

Nếu thành công, nhóm sẽ giảm trọng lượng và chi phí của cánh tuabin xuống 10% (hoặc hơn) và thời gian chu kỳ sản xuất ít nhất 15%.

Ngoài việcgiải thưởng AMO FOA hàng đầuđối với cấu trúc cánh tuabin gió bằng nhựa nhiệt dẻo AM, hai dự án phụ cũng sẽ khám phá các kỹ thuật sản xuất tuabin gió tiên tiến.Đại học Bang Colorado (Fort Collins) đang dẫn đầu một dự án cũng sử dụng công nghệ in 3D để chế tạo vật liệu tổng hợp được gia cố bằng sợi cho các cấu trúc cánh gió bên trong mới lạ, vớiOwens Corning(Toledo, Ohio, Hoa Kỳ), NREL,Công ty Arkema(King of Prussa, Pa., US) và Vestas Blades America (Brighton, Colo., US) là đối tác.Dự án thứ hai, do GE Research (Niskayuna, NY, US) dẫn đầu, có tên là AMERICA: Cánh quạt rô-to kích hoạt bằng mô-đun và phụ gia và tổ hợp vật liệu tổng hợp tích hợp.Hợp tác với GE Research làPhòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge(ORNL, Oak Ridge, Tenn., US), NREL, LM Wind Power (Kolding, Đan Mạch) và GE Renewable Energy (Paris, Pháp).

Từ: thế giới vật liệu tổng hợp