ظهور چاپ سه بعدی در صنعت انرژی

در سال‌های اخیر فناوری پرینت سه‌بعدی موجی را در صنایع مختلف ایجاد کرده است و شیوه طراحی، نمونه‌سازی و تولید محصولات را متحول کرده است و در صنعت انرژی امکان تولید قطعات حیاتی در محل، کاهش هزینه های تعمیر و به حداقل رساندن زمان خرابی را فراهم می کند.

چندین فناوری جدید خود را به بهبود صنعت انرژی، از یادگیری ماشینی گرفته تا هوش مصنوعی (AI) اختصاص داده اند. یکی از این فناوری ها چاپ سه بعدی است که به شرکت ها در چندین بخش انرژی اجازه می دهد تا به سرعت اجزای حیاتی را برای بهبود کارایی و کاهش هزینه ها و زمان های تحویل چاپ کنند.

انتظار می‌رود این فناوری هم عملیات نفت و گاز و هم فعالیت‌های انرژی تجدیدپذیر و انرژی هسته‌ای را به پیش ببرد، زیرا شرکت‌های بیشتری از تجهیزات چاپ سه بعدی استفاده می‌کنند.

ConocoPhillips بیش از نیم قرن است که در آلاسکا حفاری نفت انجام می دهد. شرایط سخت و سرد، با مشکلاتی در دسترسی به زنجیره های تامین و نیاز به تعمیر و نگهداری منظم تجهیزات، عملیات را به ویژه پیچیده می کند.

تا همین اواخر این چیزی است که شرکت بزرگ نفتی مجبور بود از طریق راه های سنتی با آن مبارزه کند.

اما به لطف مدرن سازی و دیجیتالی شدن بیشتر، ConocoPhillips اکنون می تواند به چالش ها سریعتر و کارآمدتر پاسخ دهد.

شیب شمالی آلاسکا، که نزدیک به اقیانوس منجمد شمالی قرار دارد، یکی از سه برنامه توسعه اصلی کونوکو فیلیپس در آلاسکا است و با وجود شرایط سختی که دارد، سود بالایی برای شرکت دارد.

به عنوان بخشی از عملیات خود، ConocoPhillips از توربین‌های گازی استفاده می‌کند که گاز طبیعی را از طریق احتراق فشرده می‌کند تا دوباره گاز را به مخزن بازیابی نفت پیشرفته (EOR) تزریق کند، تا برق را برای نیروگاه‌ها و تجهیزات حفاری تولید کند.

این تجهیزات متکی به دوشاخه مشعل است که اجازه می دهد سوخت با هوای فشرده مخلوط شود.

با این حال این دوشاخه ها با گذشت زمان فرسوده می شوند و بسیاری از شاخه های اصلی دیگر تولید نمی شوند. به طور سنتی با ماشین‌فروشی‌های محلی جایگزین شده‌اند که از روش‌های تولید قدیمی استفاده می‌کنند، که نیاز به یک مرحله طراحی دستی و یک مرحله تولید و تحویل پر زحمت در حدود 30 هفته دارد.

این فرآیند برای بسیاری از اجزای مورد استفاده در عملیات یکسان است و منجر به از دست رفتن زمان و درآمد می شود. این امر ConocoPhillips را بر آن داشت تا بر روی فناوری چاپ سه بعدی سرمایه گذاری کند که می تواند اجزای مورد نیاز را در محل در یک بازه زمانی کوتاه حدود سه هفته فراهم کند.

در آینده این شرکت امیدوار است که فناوری هوش مصنوعی و چاپ سه بعدی را برای طراحی قطعات به صورت دیجیتالی ادغام کند.

این بدان معناست که به لطف استفاده از موجودی دیجیتال، فضای فیزیکی کمتری برای ذخیره قطعات مورد نیاز خواهد بود.

داستان در صنعت انرژی های تجدیدپذیر نیز مشابه است و همانطور که شرکت ها عملیات را دیجیتالی می کنند، آنها به طور فزاینده ای روی فناوری چاپ سه بعدی سرمایه گذاری می کنند تا به آنها در صرفه جویی در زمان و هزینه کمک کند.

یکی از بخش هایی که به طور قابل توجهی تحت تأثیر این نوآوری قرار گرفته است، بخش انرژی است که از پیشرفت‌های انرژی‌های تجدیدپذیر گرفته تا بهبود زیرساخت‌های انرژی سنتی، چاپ سه بعدی نقشی اساسی در شکل‌دهی آینده تولید و توزیع انرژی ایفا می‌کند.

بنابراین در این راهنما، به بررسی این موضوع خواهیم پرداخت که چگونه پرینت سه بعدی تأثیرات مثبتی در بخش انرژی ایجاد کرده است، کاربردها، مزایا و چالش‌های بالقوه آن را بررسی می‌کنیم.

کاربردها در انرژی های تجدیدپذیر

منابع انرژی تجدیدپذیر مانند خورشیدی، بادی و انرژی آبی بازیگران کلیدی در گذار به سوی آینده ای پایدارتر هستند. فناوری پرینت سه بعدی برای بهینه سازی کارایی و اثربخشی سیستم های انرژی تجدیدپذیر در حال استفاده است، مثلا:

• انرژی خورشیدی

  چاپ سه بعدی امکان ایجاد طرح های پیچیده و سفارشی پنل های خورشیدی را فراهم می کند و جذب و خروجی انرژی را افزایش می دهد و تولید پنل خورشیدی با چاپ سه بعدی نیز آسان‌تر است و به عنوان جایگزین ارزان‌تری در نظر گرفته می‌شود و زمان و هزینه تولید را کاهش می‌دهد.

• انرژی باد

  قطعات و تیغه های توربین با استفاده از چاپ سه بعدی تولید می شوند که امکان طراحی های آیرودینامیکی و سبک وزن بیشتری را فراهم می کند و در نهایت تبدیل انرژی را بهبود می بخشد.

• ذخیره انرژی

  فناوری پرینت سه بعدی نقشی اساسی در توسعه طرح های نوآورانه باتری برای ذخیره انرژی تجدیدپذیر ایفا می کند. با سفارشی سازی ساختار الکترودها و الکترولیت های باتری، پرینت سه بعدی می تواند چگالی انرژی، نرخ شارژ-دشارژ و طول عمر کلی باتری را افزایش دهد.

  این پیشرفت برای امکان ادغام نرمتر منابع انرژی تجدیدپذیر در شبکه ضروری است.

تقویت زیرساخت انرژی سنتی

در حالی که چاپ سه بعدی به طور گسترده با فناوری های پیشرفته مرتبط است، تأثیر آن فراتر از برنامه های کاربردی آینده نگر است. زیرساخت‌های انرژی سنتی، که شامل سوخت‌های فسیلی و انرژی هسته‌ای می‌شود، از پیشرفت‌های ارائه‌شده توسط چاپ سه‌بعدی نیز بهره می‌برد.

• توربین های گاز و سوخت های فسیلی

  اجزای پیشرفته: پرینت سه بعدی برای تولید اجزای توربین گازی با طرح های پیچیده استفاده می شود که زمانی ایجاد آنها با استفاده از روش های ساخت سنتی دشوار یا غیرممکن بود.

  نتیجه افزایش راندمان، کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و بهبود عملکرد این توربین ها است.

  قطعاتی مانند تیغه ها، محفظه های احتراق و نازل ها از طریق چاپ سه بعدی برای تبدیل انرژی بهتر و اثربخشی عملیاتی کلی بهینه می شوند.

  کاهش زمان توقف: زمانی که قطعات توربین های گاز یا سایر تجهیزات مبتنی بر سوخت فسیلی به دلیل فرسودگی نیاز به تعویض دارند، چاپ سه بعدی راه حل سریع تری ارائه می دهد.

  به جای انتظار طولانی مدت برای جایگزینی های سنتی، پرینت سه بعدی امکان تولید قطعات یدکی بر حسب تقاضا را فراهم می کند، زمان خرابی را به حداقل می رساند و انرژی مداوم را تضمین می کند.

• صنعت نفت و گاز

  نمونه سازی سریع: در بخش نفت و گاز، جایی که تجهیزات نیاز به مقاومت در برابر شرایط سخت دارند، چاپ سه بعدی نمونه سازی سریع ابزارها و اجزای جدید را تسهیل می کند.

  این امر مراحل طراحی و آزمایش را تسریع می کند و امکان توسعه تجهیزات کارآمدتر و انعطاف پذیرتر برای فرآیندهای اکتشاف، حفاری و استخراج را فراهم می کند.

  مکان های دور: بسیاری از عملیات های نفت و گاز در محیط های از راه دور یا چالش برانگیز انجام می شود و پرینت سه بعدی امکان تولید قطعات و ابزار ضروری در محل، کاهش نیاز به حمل و نقل و تدارکات و افزایش کارایی عملیاتی در شرایط چالش برانگیز را فراهم می کند.

• انرژی هسته ای

  ایمنی افزایش یافته: راکتورهای هسته ای به قطعاتی نیاز دارند که بتوانند در شرایط شدید مانند دمای بالا و قرار گرفتن در معرض تشعشع مقاومت کنند، پرینت سه بعدی امکان ایجاد قطعات پیچیده و بسیار سفارشی را فراهم می کند که این الزامات سختگیرانه را برآورده می کند.

  این منجر به افزایش ایمنی، قابلیت اطمینان و عملکرد نیروگاه های هسته ای می شود.

  کاهش زمان سرب: تولید قطعات برای راکتورهای هسته‌ای به دلیل کنترل کیفیت و مقررات ایمنی سختگیرانه، اغلب مستلزم زمان‌های طولانی است. چاپ سه بعدی می تواند به طور قابل توجهی این زمان های تولید را کاهش دهد و امکان تعمیر و نگهداری سریعتر و جایگزینی قطعات حیاتی راکتور را فراهم کند.

مزایای چاپ سه بعدی در بخش انرژی

• نمونه سازی سریع

  چاپ سه بعدی امکان نمونه سازی سریع و مقرون به صرفه از فناوری های جدید انرژی را فراهم می کند و چرخه های نوآوری سریع تر را تسهیل می کند.

• سفارشی سازی

  توانایی فناوری پرینت سه بعدی برای ایجاد طرح‌های پیچیده و سفارشی، شرکت‌های انرژی را قادر می‌سازد تا راه‌حل‌هایی را برای نیازهای خاص طراحی کنند و کارایی کلی را بهبود بخشند.

• کاهش اثرات زیست محیطی

  از طریق بهینه سازی طرح ها و استفاده از مواد کمتر، چاپ سه بعدی می تواند منجر به کاهش ضایعات و مصرف انرژی در تولید شود.

• تولید از راه دور

  پرینت سه بعدی امکان تولید در محل را در مکان های دورافتاده یا چالش برانگیز فراهم می کند و هزینه های حمل و نقل و پیچیدگی های لجستیکی را کاهش می دهد.

در بخش انرژی بادی، وستاس توربین های بادی را برای 87 کشور تولید می کند و استفاده از چاپ سه بعدی داخلی برای قطعات سفارشی، ابزارهای تخصصی و نمونه های اولیه، عملیات را به طور قابل توجهی ساده کرده است.

جرمی هیت مهندس ارشد تولید مواد افزودنی و مفاهیم پیشرفته در Vestas، اظهار داشت: ما یک برنامه آزمایشی چاپ سه بعدی را راه اندازی کردیم و در عرض حدود شش ماه شاهد بازگشت سرمایه واقعی بودیم و عملکرد بسیار بهتر از آن چیزی بود که حتی فکرش را می‌کردیم.

قبل از اینکه وستاس فناوری چاپ سه بعدی را بپذیرد، اجزای حیاتی را از بسیاری از فروشندگان در سراسر جهان که دستورالعمل های دقیق تولید را دنبال می کردند، تهیه می کرد و فرآیند تولید می تواند بین شش تا 12 هفته طول بکشد، در حالی که تحویل و بررسی انطباق می تواند زمان بیشتری را اضافه کند.

اگر قطعات با استانداردهای ایمنی سایت مطابقت نداشتند، باید دوباره ساخته شوند و این برای وستاس هزینه و زمان زیادی را در بر داشت.

برخلاف قطعات تولید شده دستی از فروشندگان مختلف، چاپ سه بعدی سطحی از استانداردسازی را ارائه می دهد که می تواند قابلیت اطمینان و استانداردهای ایمنی را افزایش دهد و هر یک از تاسیسات جهانی Vestas از همان برند و نوع چاپگر سه بعدی فیبر کربن صنعتی Markforged X7 استفاده می کند.

هر کدام به فهرست دیجیتالی طرح‌های اجزا و تنظیمات دقیق چاپگر سه بعدی دسترسی دارند، این شرکت برنامه پرینت سه بعدی خود را در سال 2021 آغاز کرد و اکنون بیش از 10000 قطعه در سال چاپ می کند.

در همین حال، انرژی هسته ای، که به طور پیوسته در محبوبیت دوباره در حال افزایش است، برای پشتیبانی از عملیات به چاپ سه بعدی نیز متکی است و آزمایشگاه ملی Oak Ridge (ORNL) در ایالات متحده برای اولین بار در سال 2020 یک نمونه اولیه هسته راکتور با چاپ سه بعدی را با استفاده از دستگاه DED تولید کرد.

این بخشی از برنامه نمایش رآکتور چالش دگرگونی (TCR) است که هدف آن توسعه بیشتر است که سیستم های انرژی مقرون به صرفه و مولد در یک بازه زمانی کوتاه تر از ساخت ماشین آلات معمولی را امکان پذیر می کند و  از مرحله طراحی تا تکمیل چاپ، هسته فقط در سه ماه تولید شد.

در جمهوری چک چاپ سه بعدی در مقابله با محدودیت های زنجیره تامین ناشی از تهاجم روسیه به اوکراین و جنگ متعاقب آن بسیار ارزشمند است.

شرکت هسته ای چک اشکودا JS هزاران قطعه پلاستیکی و فلزی مورد نیاز برای اجرای عملیات هسته ای را چاپ کرد و ماشین های چاپ می توانند قطعات فلزی با وزن 600 کیلوگرم را در مدت زمان کوتاهی تولید کنند و به شرکت در مبارزه با اختلالات زنجیره تامین کمک کنند.

سرمایه گذاری در چاپگرهای سه بعدی برای شرکت های صنعت انرژی، از نفت و گاز گرفته تا انرژی های تجدیدپذیر و انرژی هسته ای، ارزشمند است.

توانایی تولید سریع اجزای حیاتی در محل، با استفاده از موجودی دیجیتال گسترده، به شرکت‌ها این امکان را می‌دهد که هزینه‌ها و زمان مربوط به تعمیرات را کاهش دهند و اطمینان حاصل کنند که فعالیت‌های درآمدزای حیاتی همچنان فعال هستند.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.