Tecnologia di stampa 3D applicata alla produzione di turbine eoliche per risolvere il problema del trasporto eolico di grandi dimensioni
Se hai mai guidato un camion su gran parte di una turbina eolica, scoprirai che i suoi limiti sono evidenti. Man mano che le lame si allungano e si allungano, le torri diventano sempre più alte e diventa molto difficile trasportare questi pezzi di grandi dimensioni sull'autostrada.
Una startup californiana ha messo a punto una soluzione: RCAM Technologies ha recentemente ricevuto una sovvenzione di 1,25 milioni di dollari dalla California Energy Commission (CEC) per testare la fattibilità della produzione di torri di cemento nel parco eolico attraverso la stampa 3D.
Al momento, l'altezza media della torre delle turbine eoliche degli Stati Uniti è di soli 80 metri. RCAM Technologies, fondata da Jason Cotrell del National Renewable Energy Laboratory (NREL), prevede di utilizzare una tecnologia di stampa 3D, tecnologia di produzione additiva in cemento armato, per costruire torri di 140 metri o più. Cotrell ha lasciato il Laboratorio NREL per le energie rinnovabili a maggio per cercare finanziamenti per sviluppare la tecnologia.
Con lo strumento di modellazione LCOE (Cost of Energy) di NREL, l'azienda si aspetta una torre di 140 metri per aumentare la produzione di energia di oltre il 20% in aree con un'adeguata energia eolica. Consentendo alle pale di catturare energia eolica più stabile e più forte, la torre ultraelevata aumenterà significativamente il fattore di capacità e ridurrà notevolmente i costi di generazione di energia.
Secondo il modulo di domanda di finanziamento presentato alla California Energy Commission (CEC), RCAM Technologies ritiene che la tecnologia di stampa 3D "consentirà di fabbricare torri nel parco eolico a metà del costo delle tradizionali torri in acciaio, in aree con vento basso velocità, può ridurre il costo dell'energia eolica dell'11%. "
Calcestruzzo digitale
Cotrell ha detto in un video pubblicato da NREL: "Quando costruiamo un parco eolico, tendiamo a utilizzare le turbine eoliche più alte possibili per catturare le risorse di energia eolica con velocità del vento più elevate, tuttavia, in questo caso, il diametro della torre diventerà anche molto grande, che aumenta enormemente la difficoltà del trasporto su strada: la tecnologia di stampa 3D ci consente di utilizzare un processo di produzione automatizzato del calcestruzzo per produrre torri nel sito eolico, evitando così restrizioni di trasporto e logistica ".
In base ad un accordo con la California Energy Commission, RCAM Technologies sarà responsabile della progettazione della metà inferiore di due torri di turbine eoliche ultra-alte ibride tra i 140 ei 170 metri di altezza. La metà superiore della torre utilizzerà una torre tradizionale in acciaio affusolato, mentre la metà inferiore sarà costruita utilizzando tecniche di produzione additiva in cemento armato. La parte prototipo della torre di cemento verrà prodotta utilizzando un braccio robotico e una stampante 3D e sarà testata presso l'Università della California, a Irvine.
In pratica, RCAM Technologies progetta di fabbricare queste torri in calcestruzzo di grande diametro presso il sito di produzione di energia eolica, sia con il calcestruzzo trasportato da veicoli di trasporto standard sia con il calcestruzzo dalla miscelazione di attrezzature come le fonderie.
Aumentare il potenziale del fattore di capacità
Le ricerche del NREL mostrano che nelle Great Plains, il fattore di capacità annuale di generazione di energia di alcuni parchi eolici può superare il 50% con un'altezza della torre di 80 metri. È noto che l'applicazione di torri più alte può rendere l'energia eolica economicamente più competitiva in più regioni.
Nel corso di una riunione dell'American Wind Energy Association a maggio di quest'anno, i ricercatori NREL hanno scritto in un rapporto sulla tecnologia delle turbine eoliche ad alta torre, "Fuori dal centro delle cinture a vento, il costo medio di sviluppo dell'energia eolica è superiore al gas naturale a basso costo e produzione di energia fotovoltaica a basso costo, il cui costo è ancora in calo ".
"Per ampliare la portata geografica delle applicazioni eoliche, è necessario valutare continuamente la tecnologia della torre", ha aggiunto il team. "L'altezza del mozzo più alta aumenta in modo significativo il fattore di capacità."
La strada per il mercato
Aaron Barr, consulente senior di MAKE Consulting, ha dichiarato in una e-mail: "Dopo che l'altezza del mozzo supera i 120 metri, le torri in cemento sono diventate rapidamente un'alternativa economica alle torri di tubi in acciaio".
Barr ha sottolineato che in Europa le torri di cemento sono in uso da più di un decennio. Tuttavia, la maggior parte delle torri di calcestruzzo sono prefabbricate altrove e spedite al sito del progetto. Le società di tecnologia RCAM possono evitare molte restrizioni di trasporto versando il calcestruzzo sul posto.
Ha aggiunto: "Con il versamento sul posto, è possibile risparmiare sui costi di logistica e materiali e portare alcune delle applicazioni più promettenti dell'attuale tecnologia di stampa 3D per l'industria eolica".
Ma Barr avverte che la tecnologia di stampa 3D potrebbe aumentare il tempo di sollevamento delle turbine eoliche. "Le attrezzature speciali e il tempo di polimerizzazione del calcestruzzo possono aumentare notevolmente il periodo di costruzione del parco eolico." Ha detto: "Nella maggior parte degli impianti eolici negli Stati Uniti, se tutte le apparecchiature dell'unità sono state trasportate nel sito, la velocità di sollevamento può raggiungere 1 unità. / Giorno, ancora più veloce. Tuttavia, l'uso della produzione in loco di torri in calcestruzzo allungherà notevolmente il ciclo di installazione, aumentando così i costi e il rischio di implementazione dello sviluppo di parchi eolici ".
RCAM Technologies può realizzare torri eoliche in cemento con tecnologia di stampa 3D in modo rapido ed economico come previsto? La società collaborerà con il laboratorio di ingegneria civile dell'Università della California, Irvine per completare il prototipo di costruzione e test.
Come parte del programma EnergyI-Corps di NREL, JasonCotrell e la sua collega Scott Jenne hanno visitato 75 costruttori di macchine e aziende di sviluppo.
"Abbiamo scoperto che un altro costruttore di macchine sta esplorando una tecnologia molto simile, siamo in contatto con quel produttore e non vediamo l'ora di lavorare a stretto contatto con esso", ha detto Cotrell in un video pubblicato da NREL.
Cotrell ha confermato in una e-mail che RCAM Technologies sta discutendo della cooperazione con diversi costruttori di macchine, inclusa la società che ha citato nel video senza un nome aperto.
