نوآوری در طراحی تیغه های توربین بادی

تحقیقات مستمر، NREL را قادر می سازد تا پایداری و طول عُمر و کارایی را در تولید Blade (تیغه) ارتقا دهد.

توربین‌های بادی بزرگ‌تر می‌شوند و پره‌های توربین نیز بزرگ‌تر می‌شوند، که اگر قرار است برای ۲۰ سال یا بیشتر به کار خود ادامه دهند، باید از مواد بادوام ساخته شوند.

در پایان عمر آنها، ضروری است که آن مواد بادوام دوباره مورد استفاده قرار گیرند، نه اینکه در محل دفن زباله انداخته شوند.

بررسی چگونگی ساخت کارآمد و مقرون به صرفه پره های توربین بزرگتر، به طور ایده آل با استفاده از مواد قابل بازیافت، چالشی است که گروهی از محققان در آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر (NREL) اکنون با آن مقابله می کنند.

دور جدید بودجه از موسسه نوآوری ساخت کامپوزیت های پیشرفته (IACMI) به پیشبرد تحقیقات آنها برای پنج سال آینده کمک خواهد کرد.

NREL یکی از شش مؤسسه ای است که 30 میلیون دلار بودجه تحقیقاتی را از IACMI دریافت می کند - مشارکتی بین دفتر مواد و فناوری های ساخت پیشرفته وزارت انرژی ایالات متحده و بنیاد تحقیقات دانشگاه تنسی.

NREL 4.1 میلیون دلار برای نظارت بر حوزه فناوری انرژی بادی IACMI دریافت خواهد کرد که بر شناسایی مواد کامپوزیتی نوآورانه و ساده‌سازی فرآیند تولید پره‌های توربین بادی متمرکز است.

درک بری، مهندس ارشد فناوری بادی در NREL و مدیر IACMI گفت: هدف اصلی ما هدایت پیشرفت فناوری در اطراف پره‌های طولانی‌تر و سبک‌تر است که می‌توانند انرژی بیشتری را جذب کنند و در نتیجه هزینه انرژی باد را کاهش دهند.

این دومین دور از بودجه توزیع شده به IACMI است که بر اساس 70 میلیون دلار اولیه در سال 2015 اعطا شد.

دانیل لیرد که به عنوان مدیر مرکز ملی فناوری باد در NREL بر این تحقیق نظارت می‌کند، گفت: کار ما با IACMI در حال حاضر به سمت بازیافت پره‌های توربین‌های بادی آینده راه طولانی را طی کرده است. با این بودجه تجدید شده، NREL می‌تواند به پیشبرد فناوری‌های جدید، کارآمدتر و پایدارتر به سمت تجاری‌سازی ادامه دهد.

دفتر توسعه اقتصادی و تجارت بین‌الملل کلرادو (OEDIT) همچنین متعهد شده است که با 4.1 میلیون دلار بودجه فدرال برای پیشبرد تحقیقات در پنج سال آینده، با هدف حمایت از ایجاد اکوسیستم مشاغل و صنعت مبتنی بر کلرادو، مطابقت کند. مواد کامپوزیتی که نقش کلیدی در اقتصاد انرژی پاک خواهند داشت.

تولید یک کامپوزیت بهتر

اگرچه مواد دیگری در گذشته برای استفاده در پره‌های توربین آزمایش شده‌اند، صنعت به این ایده رسیده است که به دلیل استحکام و ویژگی‌های سبک وزن، کامپوزیت‌ها - به عنوان دو یا چند ماده تعریف می‌شوند که هنگام ترکیب قوی‌تر از مواد منفرد هستند.

به طور سنتی، تیغه‌ها با سیستم‌های رزین گرماسخت تولید می‌شوند که اغلب برای پخت مواد کامپوزیت به حرارت نیاز دارند. پیوند شیمیایی حاصل باید به اندازه کافی قوی باشد تا بتواند سال ها استفاده در محیط های آشفته را تحمل کند.

پیوندی که شکستن آن در پایان عمر پره توربین بسیار دشوار می شود - و تعداد زیادی پره که بازیافت آنها دشوار است.

خوشبختانه، در بحبوحه تغییر در احساسات عمومی در مورد پایداری و تمایل تولیدکنندگان برای اطمینان از اینکه فناوری‌های سبز آنها به این وعده سبز عمل می‌کنند، تغییر در راه است.

بری گفت: زمانی که در سال 2015 کار خود را با IACMI آغاز کردیم، با سازندگان توربین‌های بادی و پره‌ها به گفتگو نشستم و از آنها پرسیدم که آیا بازیافت پره‌های آنها در اولویت است یا خیر. همه گفتند نه.

اکنون، در بالای لیست آنها قرار دارد. در روشی که سازندگان به پایداری اولویت می‌دهند، تغییرات اساسی صورت گرفته است.

محققان NREL اکنون به دنبال گزینه های دیگری برای کامپوزیت ها هستند، از جمله یک سیستم رزین ترموپلاستیک که بدون استفاده از گرمای افزوده پلیمریزه (یا باند) می شود و به طور بالقوه جداسازی آن را آسان تر می کند و بنابراین، بسیار قابل بازیافت است.

سرعت بخشیدن به کارها

یکی دیگر از جنبه‌های مهم تلاش‌های تیم NREL شامل بررسی پتانسیل افزایش اتوماسیون در مراحل مختلف فرآیند تولید پره‌های توربین است. رویکرد کنونی کار دستی فشرده است، که کارگران را ملزم می‌کند که اغلب کارهای دشوار، گاهی اوقات در ارتفاع، در کارخانه تیغه انجام دهند.

خودکار کردن برخی از این مراحل تولید، به ویژه فرآیندهای تکمیلی پیرایش، سنگ زنی و سنباده زدن، می تواند هزینه ها را کاهش دهد، چرخه تولید را تسریع کند و کیفیت ثابت تری ایجاد کند.

بری، که به شدت احساس می کند که اتوماسیون به آنها کمک می کند تا به آنجا برسند، گفت: ما می خواهیم اطمینان حاصل کنیم که کیفیت هر تیغه ای که از در خارج می شود بهترین است.

در گذشته، اتوماسیون بسیار گران و بسیار کند بوده است، اما به گفته وی، کم کم پیشرفت در حال انجام است. بری گفت: تنها اخیراً توانستیم پیشرفت چشمگیری در زمینه اتوماسیون داشته باشیم اما هنوز تحقیقات زیادی برای انجام دادن وجود دارد.

گسترش ظرفیت تحقیقات تولیدی NREL

دور اولیه تأمین مالی از سوی IACMI نه تنها در زمینه اتوماسیون، بلکه در زمینه های دیگر تولید نیز آغاز شد. بری گفت که این بودجه، همراه با حمایت NREL و OEDIT کلرادو، کلیدی برای ایستادگی و گسترش قابلیت‌های آموزش و فناوری ساخت کامپوزیت NREL (CoMET) است.

بری گفت: هر چیزی که در CoMET می بینید توسط بودجه IACMI ما تسریع شده است. در چند سال اول، بیشتر کارهای انجام شده در ساختمان برای پروژه های IACMI بود. اکنون، آن را گسترش داده است تا نیروگاه آب و سایر پروژه‌های تولیدی را نیز در بر بگیرد.

CoMET، یک ساختمان طویل از نوع Quonset Hut است که در پردیس وسیع Flatirons NREL درست خارج از بولدر، کلرادو قرار دارد، پر از نمونه‌های کامپوزیت، ماشین‌آلات و البته پره‌های توربین است.

از زمان تامین مالی اولیه آن در سال 2015، CoMET به مرکز مشارکت تبدیل شده است زیرا محققان صنعت در کنار محققان NREL کار می کنند تا نمونه های اولیه خود را افزایش دهند و در طول مسیر اعتبار سنجی و پالایش کنند.

محققان NREL پس از اینکه با موفقیت فناوری جدید را در CoMET افزایش دادند، اغلب به تاسیسات شریک صنعتی خود بازمی‌گردند تا با آنها کار کنند، زیرا نمونه‌های اولیه تولید و مواد نوآورانه را به فرآیندهای کامل و پره‌های توربین تبدیل می‌کنند.

بری گفت: یکی از مهم‌ترین چیزها در مورد CoMET، مشارکت عمومی و خصوصی است که آن را تسهیل می‌کند. از طریق این روابط مشترک، او گفت: "ما استفاده از مواد پیشرفته و فرآیندهای ساخت را از بین می بریم و مسیر واقعا مهمی را برای تجاری سازی فراهم می کنیم.

با در دسترس قرار گرفتن بودجه جدید، بری و تیم او در تلاش هستند تا مشخص کنند کدام پروژه های تحقیقاتی برای صنعت انرژی بادی ایالات متحده ارزشمندتر هستند. مهم نیست که پروژه های جدید در کجا متمرکز شوند، کیفیت پره های توربین بادی همیشه در اولویت خواهد بود.

این امر به ویژه اهمیت دارد زیرا این کشور به سمت استقرار بیشتر و بیشتر توربین‌های بادی فراساحلی حرکت می‌کند، که به قایق‌ها، بارج‌ها و جرثقیل‌ها برای تعمیر و نگهداری پره‌های عظیم خود نیاز دارند. در نتیجه، بخشی از تمرکز برای تکرار بعدی تحقیقات IACMI این خواهد بود که اطمینان حاصل شود که تحقیقات NREL به برنامه‌های خارج از کشور نیز ترجمه می‌شود.

در نهایت، نقش NREL در IACMI کمک به تسریع استقرار انرژی باد در همه جا با ساده‌سازی تولید توربین‌های مورد نیاز برای تحقق آن است. بری گفت: همه چیز به کاهش هزینه انرژی بادی برمی گردد.

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.