NRELは金属積層造形法を用いて潮力タービンのスパーを製造

海洋エネルギーは、水流や潮流などの自然現象の運動エネルギーをクリーンエネルギーに変換し、地元の沿岸コミュニティに電力を供給するもので、再生可能エネルギー産業において大きな可能性を秘めています。米国エネルギー効率・再生可能エネルギー局のデータによると、2019年の米国の総発電量の57%を海洋エネルギー資源が占める見込みです。海洋エネルギーには大きな可能性があり、米国はこの再生可能資源の開発を促進することを目的とした多くの革新的なプロジェクトを実施しています。

2024年5月、国立再生可能エネルギー研究所（NREL）の研究者らはパシフィック・ノースウェスト国立研究所と協力し、付加製造技術を利用して海洋エネルギー技術を強化する方法を研究しました。特に、タービン技術を使用して潮汐水のエネルギーを使用可能な電力に変換する潮力発電に焦点を当てています。

このプロジェクトでは過去 2 年間にわたり、潮力タービンのスパーの開発と製造においてさまざまな材料と印刷技術をテストおよび分析してきました。タービンスパーは、タービンアセンブリ内の荷重支持コンポーネントであり、タービンブレードを所定の位置に保持します。部品はタービン構造を支えるだけでなく、海洋環境の腐食にも耐えられる必要があります。評価の結果、研究者らは、熱可塑性3Dプリントはこの特定の用途には適しておらず、潮力タービンのスパーを製造するための最良の選択肢はステンレス鋼材料とレーザー金属堆積技術であることを発見しました。

△左から：NREL研究員ミゲル・ゴンザレス・モンティホ氏とポール・マーディ氏

「付加製造法は非常に強固で剛性の高い構造物を生み出す可能性があり、海洋エネルギーに有益となるだろう」と、NRELの機械エンジニアで海洋エネルギーのための付加製造法の主任研究者であるポール・マーディ氏は述べた。

NREL チームは、既存の潮力タービンシステム用に 3D プリントされたタービンスパーを開発しています。これにより、沿岸地域に電力を供給するための養殖業やマイクログリッドなどのさまざまなブルーエコノミーセクター向けの新しい海洋エネルギーデバイスの迅速な試作が可能になります。これにより、将来的には、沿岸の町やコミュニティが部品を地元で印刷することで海洋エネルギーシステムの摩耗した部品を交換することが容易になり、サプライチェーンへの依存が軽減されます。

「海洋エネルギーは、特定の地域の特定のコミュニティにとって、ゲームチェンジャーとなり得る」と、この部品を設計したNRELの研究者ミゲル・ゴンザレス・モンティホ氏は語る。「例えば、私の故郷であるプエルトリコ島は、海洋水力発電などの再生可能エネルギー技術を取り入れたエネルギーグリッドのアップグレードから恩恵を受けることができる。こうした技術は、多くの小さな町がエネルギーの回復力と自立性を構築し、地元産の再生可能電力を供給するのに役立つだろう。」

△潮力タービンの翼梁は油圧アクチュエータを使用してテストされています

現在、3D プリントされた潮力タービンのスパーは、NREL の施設で疲労試験と 1,900 ポンド (海洋環境で耐えられると予想される重量の 50% 高い) までの負荷試験を受けています。このタービンスパーの反復は、Ai Build のロボットシステムとステンレス鋼を使用して 3D プリントされ、完了するまでに約 1 週間かかりました。「構造検証により、モデルが予測した通りに桁が実際の力に反応することが保証され、新しい積層造形プロセスが従来の鉄鋼製造技術とどのように異なるかを理解できるようになります」とミゲル・ゴンザレス・モンティホは述べています。

このテストは研究作業の最終段階となります。テストが完了すると、NREL の研究者は 3D プリントされたタービンスパーの設計の開発と微調整を継続し、海洋エネルギーにおける積層造形の他の潜在的な用途を模索します。

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