バージニア工科大学、遠隔地で持続可能な風力タービンブレードを3Dプリントする方法を開発

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-5-13 15:20 に最後に編集されました

南極のクマの紹介: 米国地質調査所によると、風力タービンのブレードが平均 46 分間に発電する電力は、アメリカの家庭に 1 か月分の電力を供給するのに十分な量です。米国には現在、70,800基を超える風力タービンがあり、その数では水力発電を上回り、再生可能エネルギーの最大の生産国の一つとなっている。

△研究者のクリス・ウィリアムズ氏とマイケル・ボルトン氏は、3Dプリント風力タービンブレード技術の分野で大きな進歩を遂げた。
2024年5月13日、アンタークティックベアは、バージニア工科大学の研究者が3Dプリント技術を使用して風力タービンの生産を改善していることを知りました。このプロジェクトは、付加製造技術を使用して、リサイクル可能な新しい熱可塑性材料から風力タービンのブレードを作成することに重点を置いています。このアプローチは、風力タービンの製造方法に革命をもたらし、現在の製造方法に関連するいくつかの環境的および物流上の課題に対処することが期待されます。

△アレックス・ライアン（左）とキャメロン・ジョーダン（右）はバージニア工科大学のクリス・ウィリアムズと協力し、風力タービンブレードの製造における大型多軸ロボットアーム3Dプリンターの利点について説明している。
3Dプリントがクリーンエネルギー生成にもたらす変化

米国エネルギー省は、風力エネルギー技術の製造プロセスを改善し、風力エネルギーの利用に関する持続可能なソリューションを開発するための 7,200 万ドルの広範なプログラムの一環として、200 万ドルの助成金を提供しました。

従来、風力タービンのブレードは、専門施設で大型の金型を使用して製造され、その後、セミトレーラートラックで設置場所（多くの場合、遠隔地）に輸送されます。このプロセスには、広範囲にわたる計画と物流上の課題が伴うだけでなく、使用される材料がリサイクル不可能な性質のため、環境にも深刻な影響を及ぼします。

研究チームは、風力発電所の現場で風力タービンのブレードを3Dプリントする方法を開発することで、これらの問題に対処することを目指しました。この方法では、ロボット制御の印刷プロセスを使用して、プリンター自体よりも大きいタービンブレードなどの大きなオブジェクトを印刷できます。このプロセスでは、ボルトン氏と彼のチームが開発した、完全にリサイクル可能で、ブレード製造に使用される従来のガラス繊維強化複合材に必要な特性を備えた新しいポリマー複合材料を使用します。

この革新的なアプローチにより、風力タービンの建設中に発生する廃棄物が大幅に削減され、有害物質の使用がなくなることが期待されます。新しい素材はリサイクル可能であるため、タービンブレードが寿命を迎えたり損傷したりしても、分解して再加工し、新しいブレードに再印刷することができます。これにより、材料の持続可能性が向上するだけでなく、ブレードの製造と廃棄に必要なエネルギーと資源も大幅に削減されます。

△タデウシュ・コサムル（左）とアイザック・ロジャース（右）がロボット3Dプリントの多軸動作経路を解析
学際的なコラボレーション

このプロジェクトでは、バージニア工科大学航空宇宙海洋工学部のケビン・T・クロフトン氏の専門知識も活用し、同校の風洞を使用して、プリントされたブレードの空気力学的特性を評価しました。この学際的なコラボレーションは、国立再生可能エネルギー研究所 (NREL) と TPI Composites にも及び、両社は業界の洞察とテスト機能を提供して、プロジェクトの調査結果が適切かつ拡張可能であることを保証しました。

付加製造システムの設計・研究・教育（DREAMS）研究所の所長、クリス・ウィリアムズ氏は、このプロジェクトは新技術と材料研究の融合であると強調した。チームは、独自の設計最適化技術とロボット印刷、そして新しい材料の使用を組み合わせることで、風力タービンブレードの製造方法を変革し、より持続可能でコスト効率が高く、現場での製造に適応できるものにしたいと考えています。

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