NREL展示可持續(xù)海洋能源技術(shù)：3D打印金屬潮汐風機翼梁的可行性

南極熊導讀：海洋能源是可再生能源行業(yè)中前景廣闊的一部分。它利用水流、潮汐等自然現(xiàn)象的動能，并將其轉(zhuǎn)化為清潔能源，為沿海社區(qū)提供電力。根據(jù)美國能源效率和可再生能源辦公室的數(shù)據(jù)，2019年海洋能源資源將占美國發(fā)電總量的57%。換句話說，海洋能源擁有巨大的潛力，并且正在進行許多旨在推進開發(fā)的創(chuàng)新項目。

2024年5月7日，南極熊獲悉，美國國家可再生能源實驗室（NREL）的研究人員與太平洋西北國家實驗室合作領(lǐng)導了一個項目，旨在利用增材制造技術(shù)增強海洋能源技術(shù)，特別關(guān)注潮汐發(fā)電，即利用渦輪技術(shù)將潮汐水中的能量轉(zhuǎn)化為電力。

△3D打印潮汐風機翼梁

測試聚合物和金屬3D打印技術(shù)

過去兩年，該項目一直在測試和分析潮汐風機翼梁的開發(fā)和生產(chǎn)過程中所涉及的各種材料和打印技術(shù)。翼梁是風機組件內(nèi)的承載部件，用于將葉片固定到位。該部件不僅必須能夠支風機葉片結(jié)構(gòu)，還必須能夠承受海洋環(huán)境的腐蝕力。經(jīng)過一些評估，研究人員發(fā)現(xiàn)熱塑性3D打印并不適合這種特定應用，而生產(chǎn)潮汐風機翼梁的最佳選擇是不銹鋼和激光金屬沉積。事實證明，優(yōu)化關(guān)鍵組件的運行對于海洋能源主要生產(chǎn)商（如海上風電場）的成功至關(guān)重要。

NREL機械工程師兼海洋能源增材制造研究首席研究員Paul Murdy說道：“我們通過3D打印開辟了一個真正獨特的設計空間。這個項目證明了增材制造有潛力生產(chǎn)出非常堅固、堅硬的結(jié)構(gòu)，這將有利于海洋能源�！�

△NREL研究人員Miguel González-Montijo和Paul Murdy

NREL團隊正在開發(fā)的3D打印風機翼梁旨在適應現(xiàn)有的潮汐風機系統(tǒng)。研究人員表示，這可以促進水產(chǎn)養(yǎng)殖和微電網(wǎng)等各種藍色經(jīng)濟部門的新型海洋能源設備的快速原型設計，從而為沿海社區(qū)提供電力。未來，這還將使沿海城鎮(zhèn)和社區(qū)更容易通過本地打印部件來更換海洋能源系統(tǒng)中磨損的部件，從而減少對供應鏈的依賴。

設計該部件的NREL研究生實習生Miguel González-Montijo表示：“對于特定地區(qū)的特定社區(qū)來說，海洋能源可能會改變游戲規(guī)則。例如，我的家鄉(xiāng)波多黎各可以受益于升級后的能源網(wǎng)，該電網(wǎng)融合了海洋流體動力能源等可再生能源技術(shù)。這些技術(shù)可以幫助許多小城鎮(zhèn)建立能源彈性和獨立性，同時提供本地來源的可再生電力。”

△潮汐風機翼梁正在使用液壓執(zhí)行器進行測試

研究結(jié)果將為未來的設計和研發(fā)提供指導

目前，3D打印的潮汐風機翼梁正在NREL的設施中接受測試，包括疲勞測試和高達1,900磅的負載測試（據(jù)說比該部件在海洋環(huán)境中的預期承受力高出50%）。這一迭代的翼梁是使用Ai Build的機器人系統(tǒng)和不銹鋼材料進行3D打印的。

3D打印過程大約需要一周時間才能完成。Montijo補充道：“結(jié)構(gòu)驗證對于確保翼梁能夠按照我們的模型預測的方式對現(xiàn)實生活中的力做出反應至關(guān)重要。它還幫助我們了解新型增材制造工藝與傳統(tǒng)鋼鐵制造技術(shù)的不同之處，以及我們?nèi)绾卧谖磥淼脑O計中考慮它�！�

此次測試標志著研究工作的最后階段之一，證明了增材制造在海洋能源應用中的價值和巨大潛力。測試結(jié)束后，NREL研究人員將繼續(xù)開發(fā)和微調(diào)3D打印風機翼梁的設計，并探索增材制造在海洋能源中的其它潛在應用。