大型の風力発電部品の輸送は難しいですか? 3D プリント技術は風力タービンの製造に応用できますか?

大型の風力タービン部品を輸送するためにトラックを運転したことがあるなら、その限界は明らかです。ブレードが長くなり、タワーが高くなるにつれて、これらの大型部品を高速道路で輸送することが非常に困難になります。最近、カリフォルニアのスタートアップ企業が解決策を思いついた。RCAM Technologies 社は最近、カリフォルニア州エネルギー委員会 (CEC) から 125 万ドルの助成金を受け、3D プリント技術を使用して風力発電所の現場でコンクリートタワーを製造する可能性をテストした。
現在、米国の風力タービンの平均的なタワーの高さは80メートル強に過ぎません。国立再生可能エネルギー研究所（NREL）のジェイソン・コトレル氏が設立したRCAMテクノロジーズは、3Dプリント技術の一種である鉄筋コンクリート積層造形法を使って、高さ140メートル以上のタワーを建設する計画だ。コトレル氏はこの技術を開発するための資金を集めるため、5月に国立再生可能エネルギー研究所（NREL）を退職した。

NREL の均等化発電原価 (LCOE) モデリングツールを使用して、同社は、適切な風力資源と適切な風力シアがある地域では、高さ 140 メートルのタワーによって発電量が 20% 以上増加すると推定しています。超高層タワーは、ブレードがより安定して強い風力エネルギーを捉えられるようにすることで、設備利用率を大幅に高め、発電コストを大幅に削減します。

カリフォルニア州エネルギー委員会 (CEC) に提出された助成金申請書によると、RCAM Technologies は、3D プリントにより「従来の鉄塔の半分のコストで風力発電所の塔を現場で製造できるようになり、風速の低い地域では風力エネルギーのコストが 11% 削減される」と考えています。

デジタルコンクリート
「風力発電所を建設する際、最高風速を捉えるためにできるだけ高い風力タービンを使用する傾向があります」とコトレル氏はNRELが公開したビデオで述べた。「しかし、この場合、タワーの直径も非常に大きくなり、道路輸送の難易度が大幅に高まります。3Dプリント技術により、自動化されたコンクリート製造プロセスを使用して風力発電所の敷地内でタワーを製造できるため、輸送と物流の制約を回避できます。」
カリフォルニア州エネルギー委員会との契約に基づき、RCAMテクノロジーズは、高さ140〜170メートルの超高層ハイブリッド風力タービンタワー2基の下半分の設計を担当する。塔の上部は伝統的な先細りの鉄塔となり、下部は鉄筋コンクリート積層造形技術を使用して建設される。コンクリートタワーの試作品はロボットアームと3Dプリンターを使用して製造され、カリフォルニア大学アーバイン校でテストされる予定です。
実際には、RCAM Technologies は、標準的な輸送車両または混合プラント (基礎の注入に使用されるものなど) で運ばれたコンクリートを使用して、風力発電所の現場でこれらの大口径コンクリートタワーを製造する予定です。
稼働率向上の可能性
NREL の調査によると、グレートプレーンズ地域では、タワーの高さが 80 メートルの風力発電所のいくつかが、年間の設備利用率が 50% を超えることができるそうです。より高いタワーを使用することで、より多くの地域で風力発電が経済的に競争力を持つようになることはよく知られています。
「風力ベルトの中心以外では、風力発電の平均開発コストは、依然として減少傾向にある低コストの天然ガスや低コストの太陽光発電よりも高い」と、5月に開催されたアメリカ風力エネルギー協会の会議でNRELの研究者らが高塔風力タービン技術に関する報告書に記した。「風力発電の展開地域を拡大するには、高塔技術の継続的な評価が必要だ」と研究チームは付け加えた。「ハブの高さが高くなると、設備利用率が大幅に向上する」
市場への道
メイクコンサルティングのシニアコンサルタント、アーロン・バー氏は電子メールでこう述べた。「コンクリートタワーは、ハブ高120メートルを超える鋼管タワーに代わる、コスト効率の高い代替品として急速に普及している。」

バー氏は、ヨーロッパでは10年以上前からコンクリート製の塔が使われていると指摘した。しかし、ほとんどのコンクリートタワーは他の場所でプレハブ化され、プロジェクト現場に輸送されます。 RCAM Technologies は、現場でコンクリートを流し込むことで、多くの輸送上の制約を回避することができました。同氏はさらにこう付け加えた。「現場で鋳造することで、物流と材料のコストを節約でき、風力産業に3Dプリント技術の最も有望な応用例のいくつかを導入できる。」

しかしバー氏は、3Dプリント技術によって風力タービンの設置にかかる時間が長くなる可能性があると警告した。「特殊な設備とコンクリートの養生時間により、風力発電所の建設期間が大幅に延びる可能性があります」と彼は言います。「米国のほとんどの風力発電所では、すべての設備が現場に輸送されていれば、巻き上げ速度は1日1ユニット、あるいはそれ以上に達します。しかし、コンクリートタワーを現場で製造するというソリューションを使用すると、設置期間が大幅に延び、風力発電所開発のコストと実行リスクが増大します。」

RCAM Technologies は、コンクリート製の風力タワーを、考えていたほど迅速かつ安価に 3D プリントできるのでしょうか?同社はカリフォルニア大学アーバイン校土木工学研究所と協力し、プロトタイプの構築とテストを完了する予定。

NREL の Energy I-Corps プログラムの一環として、Jason Cotrell 氏と同僚の Scott Jenne 氏は 75 社の OEM および開発会社を訪問しました。「別のシステムメーカーが非常に似た技術を研究していることがわかったので、そのメーカーと連絡を取り、今後さらに協力していきたい」とコトレル氏はNRELが公開したビデオで語った。コトレル氏は電子メールで、RCAM Technologies が、同氏がビデオで言及した名前の明かされていない企業を含む複数の OEM と協議中であることを確認した。

出典: グリーンテックメディア
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【分析】風力タービンブレードの3Dプリントの体系的かつ効率的な製造方法

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