3D打印風(fēng)力發(fā)電機葉片，NREL開發(fā)新型熱塑性樹脂系統(tǒng)實現(xiàn)葉片可回收

2021年11月9日，南極熊獲悉，美國國家可再生能源實驗室（NREL）的一個研究小組正在測試利用高度工程化的3D打印設(shè)計生產(chǎn)現(xiàn)代化的風(fēng)力渦輪機葉片，該設(shè)計使用了熱塑性樹脂系統(tǒng)。一直以來，風(fēng)力渦輪發(fā)電機因其能夠減少人類的總體碳排放和環(huán)境負面影響而在全球各地得到推廣。

近年來，能源行業(yè)的相關(guān)部門一直在探索增材制造在能源領(lǐng)域的應(yīng)用可能性，因為當(dāng)涉及到可再生能源時，浪費性生產(chǎn)的悖論仍然是一個不斷研究和創(chuàng)新的領(lǐng)域。它已經(jīng)成為一個令人感興趣的話題，今年早些時候，美國能源部甚至向大學(xué)和行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者提供資金，以開發(fā)3D打印的復(fù)合風(fēng)輪葉片模具和最終使用的葉片部件。

△風(fēng)力發(fā)電機

NREL團隊負責(zé)人、高級風(fēng)能技術(shù)工程師德里克-貝里解釋說：現(xiàn)有的風(fēng)力渦輪機設(shè)計依賴于熱固性樹脂系統(tǒng)，如環(huán)氧樹脂、聚酯和乙烯基酯，聚合物等制造。一旦你用熱固性樹脂系統(tǒng)生產(chǎn)發(fā)電機葉片，你就不能逆轉(zhuǎn)這個過程，這也使得葉片難以回收。"

為了解決這一問題，NREL團隊與幾個機構(gòu)合作開發(fā)了熱塑性塑料的再循環(huán)利用系統(tǒng)。相對于熱固性材料，熱塑性塑料可以通過加熱來分離原始聚合物，實現(xiàn)所謂的使用壽命終結(jié)（EOL）后的可回收性。

△由NREL研究團隊在復(fù)合材料制造教育和技術(shù)設(shè)施（CoMET）3D打印的13米長的熱塑性塑料葉片。(圖片來源：Ryan Beach，NREL)

3D打印的風(fēng)力渦輪機葉片

根據(jù)美國環(huán)境保護局（EPA）的研究，風(fēng)力渦輪機的平均壽命大約為20年。通過使用3D打印技術(shù)來制造熱塑性塑料葉片，這大大提高了葉片的可回收性。此外，3D打印技術(shù)大大減少了渦輪機葉片的重量和成本至少10%，生產(chǎn)周期減少15%。

為了進一步提高葉片的可回收性，這些熱塑性葉片部件可以使用熱焊接工藝連接在一起，這將從根本上消除對環(huán)境有害的粘合劑的需求。

團隊負責(zé)人貝里解釋道："針對兩個熱塑性葉片部件，你可以通過應(yīng)用熱和壓力把它們連接起來，但是你不能用熱固性材料來做這個。"

最終，該團隊希望創(chuàng)造出更輕、更長、更便宜和更有效的葉片，這些都是增加美國風(fēng)能的關(guān)鍵項目開發(fā)方向，也是邁向減少溫室氣體排放目標(biāo)的重要一步。你可以在下面的視頻中或在這里的新聞稿中了解更多。