Công nghệ in 3D áp dụng cho sản xuất tuabin gió để giải quyết vấn đề vận chuyển điện gió lớn
Nếu bạn đã từng lái một chiếc xe tải qua một phần lớn của tuabin gió, bạn sẽ thấy rằng những hạn chế của nó là rõ ràng. Khi các lưỡi kiếm ngày càng dài hơn, các tòa tháp ngày càng cao hơn và việc vận chuyển những phần lớn này trên đường cao tốc trở nên rất khó khăn.
Một công ty khởi nghiệp ở California đã đưa ra một giải pháp: RCAM Technologies gần đây đã nhận được khoản tài trợ trị giá 1,25 triệu đô la từ Ủy ban Năng lượng California (CEC) để kiểm tra tính khả thi của việc sản xuất tháp bê tông trong trang trại gió thông qua in 3D.
Hiện tại, chiều cao tháp trung bình của các tuabin gió của Mỹ chỉ là 80 mét. RCAM Technologies, được thành lập bởi Jason Cotrell từ Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia (NREL), có kế hoạch sử dụng công nghệ in 3D, công nghệ sản xuất phụ gia bê tông cốt thép, để tạo ra các tòa tháp cao từ 140 mét trở lên. Cotrell rời Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia NREL vào tháng 5 để tìm kiếm nguồn tài trợ để phát triển công nghệ.
Với công cụ mô hình hóa chi phí năng lượng (LCOE) của NREL, công ty hy vọng một tòa tháp cao 140 mét sẽ tăng sản lượng điện hơn 20% ở những khu vực có năng lượng gió phù hợp. Bằng cách cho phép các cánh quạt thu được năng lượng gió ổn định hơn và mạnh hơn, tháp siêu cao sẽ tăng đáng kể hệ số công suất và giảm đáng kể chi phí sản xuất điện.
Theo mẫu đơn xin tài trợ nộp cho Ủy ban Năng lượng California (CEC), RCAM Technologies tin rằng công nghệ in 3D "sẽ giúp sản xuất các tòa tháp trên trang trại gió với chi phí chỉ bằng một nửa tháp thép truyền thống, ở những khu vực có gió thấp hơn tốc độ, nó có thể giảm 11% chi phí điện năng của năng lượng gió. "
Bê tông kỹ thuật số
Cotrell cho biết trong một video do NREL phát hành: "Khi xây dựng trang trại gió, chúng tôi có xu hướng sử dụng các tuabin gió cao nhất có thể để thu được các nguồn năng lượng gió với tốc độ gió cao hơn. Tuy nhiên, trong trường hợp này, đường kính của tháp cũng sẽ trở thành rất lớn, làm tăng đáng kể độ khó của vận tải đường bộ. Công nghệ in 3D cho phép chúng tôi sử dụng quy trình sản xuất bê tông tự động để sản xuất tháp tại trang trại gió, do đó tránh được các hạn chế về vận chuyển và hậu cần. "
Theo thỏa thuận với Ủy ban Năng lượng California, RCAM Technologies sẽ chịu trách nhiệm thiết kế nửa dưới của hai tháp tuabin gió lai cực cao từ 140 đến 170 mét. Nửa trên của tháp sẽ sử dụng tháp thép thon truyền thống, trong khi nửa dưới sẽ được xây dựng bằng kỹ thuật sản xuất phụ gia bê tông cốt thép. Phần nguyên mẫu của tháp bê tông sẽ được sản xuất bằng cánh tay robot và máy in 3D và sẽ được thử nghiệm tại Đại học California, Irvine.
Trong thực tế, RCAM Technologies có kế hoạch sản xuất các tháp bê tông đường kính lớn này tại khu vực trang trại gió, bằng bê tông được vận chuyển bằng phương tiện vận chuyển tiêu chuẩn hoặc bằng bê tông từ các thiết bị trộn như đúc móng.
Tăng tiềm năng của yếu tố năng lực
Nghiên cứu của NREL cho thấy ở Great Plains, hệ số công suất phát điện hàng năm của một số trang trại gió có thể vượt quá 50% với chiều cao tháp là 80 mét. Người ta biết rằng việc áp dụng các tòa tháp cao hơn có thể làm cho năng lượng gió cạnh tranh kinh tế hơn ở nhiều khu vực hơn.
Tại một cuộc họp của Hiệp hội Năng lượng gió Hoa Kỳ vào tháng 5 năm nay, các nhà nghiên cứu NREL đã viết trong một báo cáo về công nghệ tuabin gió tháp cao, "Bên ngoài trung tâm vành đai gió, chi phí phát triển trung bình của năng lượng gió cao hơn so với khí tự nhiên chi phí thấp và sản xuất năng lượng quang điện chi phí thấp, chi phí vẫn đang giảm. "
Nhóm Để mở rộng phạm vi địa lý của các ứng dụng năng lượng gió, cần phải liên tục đánh giá công nghệ tháp, nhóm nghiên cứu cho biết thêm. Chiều cao trung tâm cao hơn làm tăng đáng kể hệ số công suất.
Đường đến chợ
Aaron Barr, cố vấn cao cấp tại MAKE Consulting, cho biết trong một email: "Sau khi chiều cao trung tâm vượt quá 120 mét, tháp bê tông đã nhanh chóng trở thành một giải pháp thay thế hiệu quả cho tháp ống thép".
Barr chỉ ra rằng ở châu Âu, các tòa tháp bê tông đã được sử dụng trong hơn một thập kỷ. Tuy nhiên, hầu hết các tháp bê tông được đúc sẵn ở nơi khác và vận chuyển đến địa điểm dự án. Các công ty công nghệ RCAM có thể tránh được nhiều hạn chế vận chuyển bằng cách đổ bê tông tại chỗ.
Ông nói thêm: "Với việc rót tại chỗ, bạn có thể tiết kiệm chi phí hậu cần và vật liệu, đồng thời mang một số ứng dụng hứa hẹn nhất của công nghệ in 3D hiện tại vào ngành điện gió."
Nhưng Barr cảnh báo rằng công nghệ in 3D có thể làm tăng thời gian nâng của tuabin gió. Thiết bị đặc biệt và thời gian bảo dưỡng bê tông có thể làm tăng đáng kể thời gian xây dựng trang trại gió. Ông nói: Ở hầu hết các trang trại gió ở Hoa Kỳ, nếu tất cả các thiết bị đã được vận chuyển đến địa điểm, tốc độ nâng có thể đạt tới 1 đơn vị. / Ngày, thậm chí nhanh hơn. Tuy nhiên, việc sử dụng sản xuất tháp bê tông tại chỗ sẽ kéo dài đáng kể chu kỳ lắp đặt, do đó làm tăng chi phí và rủi ro thực hiện phát triển trang trại gió. "
RCAM Technologies có thể sản xuất tháp gió bê tông với công nghệ in 3 chiều nhanh chóng và không tốn kém như ước tính không? Công ty sẽ làm việc với Phòng thí nghiệm Kỹ thuật Xây dựng tại Đại học California, Irvine để hoàn thành việc xây dựng và thử nghiệm nguyên mẫu.
Là một phần của chương trình EnergyI-Corps của NREL, JasonCotrell và đồng nghiệp Scott Jenne đã đến thăm 75 công ty chế tạo và phát triển máy móc.
Chúng tôi phát hiện ra rằng một nhà sản xuất máy khác đang khám phá một công nghệ rất giống nhau, chúng tôi đã liên hệ với nhà sản xuất đó và mong muốn được hợp tác chặt chẽ với nó, chuyên gia Cot Cotell nói trong một video do NREL phát hành.
Cotrell đã xác nhận trong một email rằng RCAM Technologies đang thảo luận về việc hợp tác với một số nhà chế tạo máy, bao gồm cả công ty mà ông đã đề cập trong video mà không có tên mở.
