美国国防部(DOE)正在通过3D打印模具研制风电机组叶片。这款刚刚完成气动设计的叶片,将帮助研究人员更好地理解风电场内的机组如何互相影响,以及如何通过优化来提高发电效率。
同时,采用3D印刷技术,可能会缩短风电机组的生产时间,并节约制造成本,进而降低风电的成本。
美国的风电行业从业人员有73000人,预计未来五年将吸引350亿美元投资。寻找更快、更具成本效益的方法来制造风电机组,以及研究如何更好地利用风能,都是至关重要的,而叶片的3D打印技术则有希望解决这两个问题。
一方面,需要研究的第一个主要领域就是尾流的气动特性。在风电场中,许多风电机组非常接近,对彼此的效率产生负面影响。但同时,大规模利用风能的唯一途径则又是将许多风电机组安装到一起。
为解决这一问题,美国能源部与Sandia国家实验室、OakRidge国家实验室、TPI复合材料和Wetzel工程公司合作,对使用3D打印模具生产缩尺寸叶片的过程进行跟踪。为研究利用3D打印技术开发更低成本的风机叶片,美国能源部投资100万美元,以上只是该项目的一部分内容。
这款长度为13米的叶片将在美国能源部位于德克萨斯州的SWiFT设施开展测试,以帮助研究人员更好地了解相邻的机组如何对彼此的效率产生影响。
另一方面,在缩短风电机组生产时间和降低制造成本的问题上,3D打印叶片模具也是一个重要的进步。目前,叶片长度平均超过50米,而且还需要足够高的强度来承受巨大的载荷,因此叶片生产流程是高耗能、高成本和高耗时的。
通常,需要用一个阳模来制造叶片模具(阴模),再用阴模来制造玻璃钢叶片。然而,如果引入3D打印技术,将可以直接将第一步取消,降低制造成本,并给研究人员以时间和自由,来对新的性能进行试验,并提高设计的灵活性。
虽然目前的研究仅针对于简化风机叶片的制造过程,但3D打印技术也有助于其他风电机组部件的生产,以便使风电的成本更低。美国能源部表示,其目标是到2030年将风电的成本降低20%。
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