美國國家可再生能源實驗室利用金屬增材制造技術生產潮汐渦輪機翼梁

海洋能源將水流和潮汐等自然現(xiàn)象的動能轉化為清潔能源，為當地沿海社區(qū)提供電力，在可再生能源行業(yè)中前景廣闊。美國能源效率和可再生能源辦公室的數據顯示，2019 年海洋能源資源將占美國發(fā)電總量的57%，海洋能源潛力巨大，美國正在進行許多旨在推進開發(fā)的創(chuàng)新項目這種可再生資源。



2024年5月，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，共同研究如何利用增材制造來增強海洋能源技術，特別關注潮汐發(fā)電，即利用渦輪技術將潮汐水中的能量轉化為可以使用的電力。

過去兩年，該項目一直在測試和分析潮汐渦輪機翼梁開發(fā)和生產中的各種材料及打印技術。渦輪翼梁是渦輪組件內的承載部件，用于將渦輪葉片固定到位。該部件不僅必須能夠支撐渦輪機結構，還必須能夠承受海洋環(huán)境的腐蝕。經過評估，研究人員發(fā)現(xiàn)熱塑性 3D 打印不適合這種特定應用，生產潮汐渦輪機翼梁的最佳選擇是不銹鋼材料和激光金屬沉積技術。


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

NREL 機械工程師兼海洋能源增材制造首席研究員 Paul Murdy 表示：“增材制造有潛力生產出非常堅固、堅硬的結構，這將有利于海洋能源�！�

NREL 團隊正在開發(fā)適用于現(xiàn)有的潮汐渦輪系統(tǒng)的 3D 打印渦輪機翼梁，可以促進水產養(yǎng)殖和微電網等各種藍色經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 研究人員 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，該電網融合了海洋流體動力能源等可再生能源技術。這些技術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�！�


△潮汐渦輪機翼梁正在使用液壓執(zhí)行器進行測試

目前，3D 打印的潮汐渦輪機翼梁正在 NREL 的設施中接受疲勞測試和 1,900 磅的負載測試（比在海洋環(huán)境中預計承受的負載高出 50%）。這一迭代的渦輪翼梁使用Ai Build 的機器人系統(tǒng)和不銹鋼材料進行 3D 打印，打印過程需要約一周時間。Miguel González-Montijo表示：“結構驗證可以確保翼梁能夠按照模型預測的方式對現(xiàn)實生活中的力做出響應，使我們了解新型增材制造工藝與傳統(tǒng)鋼鐵制造技術的不同之處。”

此次測試標志著研究工作已進行到最后階段。測試完成后，NREL 研究人員將繼續(xù)開發(fā)和微調 3D 打印渦輪翼梁的設計，并探索增材制造在海洋能源中的其他潛在應用。