GE Renewable Energy: 3D プリントが風力エネルギー部門を支援

この投稿は Coco Bear によって 2022-3-2 15:15 に最後に編集されました。

2022年3月、南極熊は、風力エネルギー分野で3Dプリント技術を初めて採用したGEリニューアブルエナジーが、エネルギー技術革新の推進において初期の進展を遂げたことを知りました。「付加製造は風力エネルギー産業のコストを削減し、競争力を高める可能性がある」とGEリニューアブル・エナジーの先進製造技術責任者マッテオ・ベルッチ氏は語った。
米国では2020年に風力エネルギーの利用率が急上昇し、陸上風力発電の設備容量が初めて太陽光発電を上回りました。 2020年の洋上風力発電パイプラインの設置は前年比24％増加した。欧州連合（EU）は、2026年までに再生可能エネルギーの40％を使用するという目標を達成したい場合、毎年32GWの新しい風力発電所を設置する必要がある。世界的なサプライチェーンの問題とボトルネックにより、2021年のヨーロッパの風力発電設備容量はわずか17.4GWでした。そこで、人々は次のような疑問を考えています。 「3D プリントは風力発電設備の増加に役立つでしょうか?」
△GEのHaliade-X洋上風力タービン、写真はGEより。
3D プリントが風力エネルギーの競争力を向上<br /> アンタークティック・ベアは、2021年2月にGEが米国エネルギー省（DoE）から3Dプリント風力タービンブレードの設計と製造を研究する670万ドルのプロジェクトを獲得したことを知りました。 GEは、オークリッジ国立研究所（ORNL）および国立再生可能エネルギー研究所（NREL）と連携し、3Dプリンティングを活用して製造コストを削減し、サプライチェーンの柔軟性を高めることで、陸上および洋上風力エネルギーの競争力を高めることを目指しています。
「GEは、タービンの設計と製造プロセス、そして新たな熱可塑性材料を特定しました。これにより、ブレード製造における3Dプリントやその他の高度に自動化されたプロセスを活用するという当社の目標をいかに達成するかについて、より明確な指針が得られます」とベルッチ氏は述べた。
彼は、タービンブレードの先端部の製造に 3D プリントと熱可塑性複合材料を使用するといくつかの利点があると説明しました。まず、 3D プリントで作られたブレードの先端は、従来の方法で製造されたものよりも軽量です。軽量化により、タービンの大型ローターがより多くのエネルギーを生産できるようになると同時に、タービン全体にかかるストレスが軽減され、ギアボックス、ドライブトレイン、ベアリング、基礎の摩耗が減り、タービンオペレーターのコストが削減されます。第二に、 3Dプリントされた熱可塑性ブレードの先端は、寿命が尽きたら溶かしてリサイクルすることもできる。これはGEの再生可能エネルギープロジェクトの重要な焦点である。 GE の研究チームは、タービンブレードの他の部品の製造に 3D プリント技術と熱可塑性材料を使用する方法も研究しており、ブレードのさまざまなコンポーネントの市場投入までの時間、品質、持続可能性を向上させています。
「3Dプリントは風力エネルギー分野に競争力のあるコストとパフォーマンスの利点をもたらすだけでなく、このテクノロジーはお客様がエネルギー転換をさらに迅速に推進するのにも役立ちます」とベルッチ氏は述べています。フラウンホーファーIGCVとバインダージェッティングシステムメーカーのvoxeljetは、2022年9月にこれまでで「世界最大」の風力タービン3Dプリンターを構築すると発表しました。Advanced Casting Cell（ACC）と呼ばれるこのシステムは、GEのHaliade-X洋上タービンの部品を鋳造するために必要な金型を印刷するように特別に設計されており、各部品の重量は最大60トンです。数か月前に開始され、まだ開発の初期段階にあるこのプロジェクトは、GEのHaliade-X洋上タービンの主要な鋳造部品の生産を加速および最適化することを目的としています。3Dプリントは、大型タービン部品の生産に柔軟性を提供し、輸送コストを削減し、環境上の利点をもたらすと言えます。 GE プロジェクトチームは現在、プリンターの仕様策定に取り組んでおり、その後、voxeljet が新しいプリンターの機械的セットアップを含むプロジェクトの設計フェーズを開始する予定です。
△3Dプリントされたコンクリート製風力タービン、写真はGEより。
風力エネルギーにおける積層造形（AM）の利点<br /> 温室効果ガスの排出削減という目標を達成するために、風力エネルギーは地球規模の気候危機を解決する鍵と考えられており、風力タービン自体をより環境に優しいものにするための研究が盛んに行われています。たとえば、NREL は 3D プリントによる風力タービンブレードの製造方法を開発し、ブレードの性能とリサイクル性を向上させています。メイン大学は、環境に優しいタービンブレードの金型用の 3D プリントプロセスを研究しています。マギル大学とライアソン大学のエンジニアは、風力タービンブレードの廃棄物を繊維強化部品用の新しい 3D プリント PLA 材料に変換する作業に取り組んでいます。ベルッチ氏は次のように述べた。「3Dプリント技術はすでに成熟しており、小型部品や大型部品、さらには工場の運営効率に直接影響を与えるラピッドプロトタイプの製造に役立ちますが、3Dプリントを当社の製品に直接適用するにはしばらく時間がかかります。当社はさまざまな選択肢を積極的に模索しています。」
また、GE は 3D プリントの利点は特定のアプリケーションシナリオによって決まると考えているとも述べました。これらには、製造時間、鋳造金型の 3D プリント、より回復力があり、ローカライズされ、機敏なサプライチェーン、および主にテクノロジの自動化とデジタル化によってもたらされる品質の一貫性が含まれます。さらに、3D プリントにより、特定の場所や用途に合わせてカスタマイズできる、より効率的な設計が可能になります。たとえば、特定の場所の風力タービンの標準設計では以前は 90 メートルのタワーが必要でしたが、現地調査の結果、120 メートルのタワーの方が適切であることが判明しました。最適なパフォーマンスを得るために、既存の標準 90 メートルのタワーベースに追加して、現場で 30 メートルの高さのタワーアセンブリを 3D プリントできます。
ベルッチ氏によると、この製造プロセスは、クリーンな再生可能なエネルギーの使用を最大化するだけでなく、製造して長距離輸送する必要がある部品の数を減らすことで、炭素排出量も削減します。 △NRELの研究者が3Dプリントを使用して作成した13メートルの熱可塑性ブレードのプロトタイプの一部。写真提供：NREL の Ryan Beach 氏。
3Dプリントは再生可能エネルギーへの移行を助けます
ベルッチ氏は、3D プリンティングが GE Renewable Energy のような部門がさまざまな方法でクリーンエネルギー生成への移行を加速するのに役立つと考えています。「3D プリントは一般的にエネルギー消費量が少なく、廃棄物も少ない製造プロセスです」と彼は言います。「たとえば、3D プリントではトポロジー最適化などのツールを使用して新しい設計手法を探索できるため、エンジニアは複数の設計を試して最も効率的で経済的なソリューションを見つけることができます。その結果、私たちのチームはエネルギー消費量が少なく、廃棄物を削減した部品を製造できます。」
ベルッチ氏はまた、この技術が製造組立工程と物流を効率化し、企業の二酸化炭素排出量の削減にも役立つと指摘した。同氏は次のように述べた。「3D プリントにより、複数の異なるコンポーネントを 1 つの部品に組み合わせることで、特定のコンポーネントの設計を改善する方法を模索できます。従来の製造では、通常、機械部品のさまざまなコンポーネントを個別に製造し、その後これらのコンポーネントを組み立てます。積層造形により、組み合わせたユニット全体を製造できるため、組み立て手順が削減されます。積層造形により、GE は設計および製造する必要のある部品の数を削減できるため、組み立てプロセスが簡素化され、製品の耐久性と信頼性が向上します。複合製造により、分解プロセスがより効果的に削減され、会社の材料のリサイクル性と循環性が向上します。3D プリントにより、リサイクル材料や二次材料を設計に組み込むことも容易になります。たとえば、新しいタービン用の 3D プリントタワーを作成する場合、廃棄された風力タービンからリサイクルされたブレード材料を使用します。米国国防総省の支援を受けて、新しい高度な風力タービンブレードの製造に熱可塑性材料と組み合わせた 3D プリントの使用を検討しています。」
3D プリントにより、新しい風力タービンの製造に必要な材料の量を大幅に削減できます。ベルッチ氏によると、ライフサイクルアセスメント（LCA）分析により、3D製造プロセスにより、タワーの頂上で大型鋳造品を製造する際に温室効果ガスの排出量が最大15％削減されることがわかったという。 LCA では、高度な製造技術により、ブレード先端の製造時に温室効果ガスの排出量を最大 10%、高層タービンタワーの製造時に 25% 削減できることも示されました。
「今後も当社は、持続可能な循環型設計による環境上のメリットの最大化に注力し、エネルギー転換を加速させる革新的な技術の開発に向け、顧客や他の業界パートナーと協力を続けていきます」とベルッチ氏は締めくくった。
△ブロック島洋上風力発電所に輸送されるタービンブレード。写真はLM Wind Power提供。
コンパイル元: https://3dprintingindustry.com/n ... inting-wind-205254/

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