NREL が持続可能な海洋エネルギー技術を実証: 3D プリントされた金属製潮力風力タービンのスパーの実現可能性

この投稿は Bingdunxiong によって 2024-5-7 17:07 に最後に編集されました

南極のクマの紹介:海洋エネルギーは再生可能エネルギー産業の有望な部分です。水流や潮流などの自然現象の運動エネルギーを活用し、それをクリーンなエネルギーに変換して沿岸地域に電力を供給します。米国エネルギー効率・再生可能エネルギー局によると、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ことになる。つまり、海洋エネルギーは莫大な可能性を秘めており、その開発を進めるために多くの革新的なプロジェクトが進行中です。

2024年5月7日、アンタークティックベアは、国立再生可能エネルギー研究所（NREL）の研究者がパシフィック・ノースウェスト国立研究所と共同で、付加製造技術を使用して海洋エネルギー技術を強化するプロジェクトを主導し、特にタービン技術を使用して潮汐水のエネルギーを電気に変換する潮力発電に重点を置いていることを知りました。

△3Dプリントされた潮力風力タービンの翼梁
ポリマーおよび金属3Dプリント技術のテスト

このプロジェクトでは過去 2 年間にわたり、潮力風力タービンのスパーの開発と製造に関係するさまざまな材料と印刷技術のテストと分析を行ってきました。スパーは、風力タービンアセンブリ内のブレードを所定の位置に保持する荷重支持コンポーネントです。この部品は、風力タービンのブレード構造を支えるだけでなく、海洋環境の腐食力にも耐えられる必要があります。いくつかの評価を行った後、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、潮力風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とレーザー金属堆積法であることを発見しました。主要コンポーネントの運用を最適化することは、洋上風力発電所などの海洋エネルギーの主要生産者の成功にとって非常に重要であることが証明されています。

「私たちは 3D プリントによって、実にユニークな設計空間を切り開きました」と、NREL の機械エンジニアであり、海洋エネルギー研究のための付加製造の主任研究員であるポール・マーディ氏は語ります。「このプロジェクトは、海洋エネルギーに役立つ非常に強固で堅固な構造物を付加製造で製造できる可能性を示しています。」

NREL 研究者のミゲル・ゴンザレス・モンティホ氏とポール・マーディ氏
NREL チームが開発中の 3D プリント風力タービンのスパーは、既存の潮力風力タービンシステムに適合するように設計されています。研究者らは、これにより、水産養殖や沿岸地域に電力を供給するマイクログリッドなど、さまざまなブルーエコノミー分野向けの新たな海洋エネルギー装置の迅速な試作が促進される可能性があると述べている。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ます」と、このコンポーネントを設計したNREL大学院生インターンのミゲル・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ます。これらの技術は、地元産の再生可能電力を供給しながら、多くの小さな町がエネルギーの回復力と自立性を築くのに役立つでしょう。」

△潮力風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
研究結果は将来の設計と開発の指針となるだろう

現在、3D プリントされた潮力風力タービンのスパーは、NREL の施設で、疲労テストや最大 1,900 ポンド (海洋環境で部品が耐えられると予想される重量の 50% 高いと言われている) までの荷重テストなどのテストを受けています。この翼桁の反復は、Ai Build のロボットシステムとステンレス鋼を使用して 3D プリントされました。

3D プリントのプロセスは完了するまでに約 1 週間かかります。モンティジョ氏は次のように付け加えた。「構造検証は、桁がモデルで予測した通りに実際の力に反応することを確認するために不可欠でした。また、新しい積層造形プロセスが従来の鉄鋼製造技術とどう違うのか、そしてそれを将来の設計にどのように考慮できるのかを理解するのにも役立ちました。」

このテストは研究作業の最終段階の一つであり、海洋エネルギー用途における付加製造の価値と大きな可能性を実証しています。テストの後、NREL の研究者は 3D プリントされた風力タービンの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付加製造の他の潜在的な用途を模索します。

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