nyheter

3D-utskrift av termoplastiske blader muliggjør termisk sveising og forbedrer resirkulerbarheten, og gir potensialet til å redusere turbinbladvekten og kostnadene med minst 10 %, og produksjonssyklustiden med 15 %.

Et team av forskere fra National Renewable Energy Laboratory (NREL, Golden, Colo., USA), ledet av NREL senior vindteknologiingeniør Derek Berry, fortsetter å fremme sine nye teknikker for å produsere avanserte vindturbinblader avfremme kombinasjonen deresav resirkulerbar termoplast og additiv produksjon (AM). Fremskrittet ble muliggjort av finansiering fra det amerikanske energidepartementets Advanced Manufacturing Office - priser designet for å stimulere teknologisk innovasjon, forbedre energiproduktiviteten til amerikansk produksjon og muliggjøre produksjon av banebrytende produkter.

I dag har de fleste vindturbinblader i bruksskala samme clamshell-design: To glassfiberbladskinn bindes sammen med lim og bruker en eller flere komposittavstivningskomponenter kalt skjærebaner, en prosess optimalisert for effektivitet de siste 25 årene. Men for å gjøre vindturbinbladene lettere, lengre, rimeligere og mer effektive til å fange vindenergi – forbedringer som er avgjørende for målet om å kutte klimagassutslippene delvis ved å øke vindenergiproduksjonen – må forskerne helt revurdere det konvensjonelle clamshell, noe som er NREL-teamets hovedfokus.

Til å begynne med fokuserer NREL-teamet på harpiksmatrisematerialet. Nåværende design er avhengig av herdeplastsystemer som epoksy, polyestere og vinylestere, polymerer som, når de er herdet, tverrbinder som tjærefugler.

"Når du først har produsert et blad med et herdeplastsystem, kan du ikke reversere prosessen," sier Berry. "Det [også] gjør bladetvanskelig å resirkulere."

Arbeider medInstitute for Advanced Composites Manufacturing Innovation(IACMI, Knoxville, Tenn., USA) i NRELs Composites Manufacturing Education and Technology (CoMET) anlegg, utviklet multiinstitusjonsteamet systemer som bruker termoplast, som, i motsetning til herdeplastmaterialer, kan varmes opp for å skille de originale polymerene, noe som muliggjør slutten -of-life (EOL) resirkulerbarhet.

Termoplastiske bladdeler kan også sammenføyes ved hjelp av en termisk sveiseprosess som kan eliminere behovet for lim - ofte tunge og dyre materialer - som ytterligere forbedrer bladresirkulerbarheten.

"Med to termoplastiske bladkomponenter har du muligheten til å bringe dem sammen og, gjennom påføring av varme og trykk, forbinde dem," sier Berry. "Du kan ikke gjøre det med herdede materialer."

Fremover, NREL, sammen med prosjektpartnereTPI-kompositter(Scottsdale, Arizona, USA), Additive Engineering Solutions (Akron, Ohio, USA),Ingersoll Machine Tools(Rockford, Ill., USA), Vanderbilt University (Knoxville) og IACMI, vil utvikle innovative bladkjernestrukturer for å muliggjøre kostnadseffektiv produksjon av høyytelses, svært lange blader – godt over 100 meter lange – som er relativt lave vekt.

Ved å bruke 3D-utskrift sier forskerteamet at det kan produsere den typen design som trengs for å modernisere turbinblader med høykonstruerte, nettformede strukturkjerner med varierende tettheter og geometrier mellom de strukturelle skinnene til turbinbladet. Bladskinnene vil bli infundert ved hjelp av et termoplastisk harpikssystem.

Hvis de lykkes, vil teamet redusere turbinbladvekten og kostnadene med 10 % (eller mer) og produksjonssyklustiden med minst 15 %.

I tillegg tilførsteklasses AMO FOA-prisfor AM termoplastiske vindturbinbladstrukturer, to subgrantprosjekter vil også utforske avanserte vindturbinproduksjonsteknikker. Colorado State University (Fort Collins) leder et prosjekt som også bruker 3D-utskrift for å lage fiberforsterkede kompositter for nye interne vindbladstrukturer, medOwens Corning(Toledo, Ohio, USA), NREL,Arkema Inc.(King of Prussa, Pa., USA), og Vestas Blades America (Brighton, Colo., USA) som partnere. Det andre prosjektet, ledet av GE Research (Niskayuna, NY, USA), kalles AMERICA: Additive and Modular-Enabled Rotor Blades and Integrated Composites Assembly. Samarbeid med GE Research erOak Ridge National Laboratory(ORNL, Oak Ridge, Tenn., USA), NREL, LM Wind Power (Kolding, Danmark) og GE Renewable Energy (Paris, Frankrike).

Fra: compositesworld