NRELは、次世代の風力タービンブレードの新しい製造アプローチを模索しています

NRELの上級風力技術エンジニアであるDerekBerryが率いる国立再生可能エネルギー研究所（NREL、ゴールデン、コロラド州、米国）の研究者チームは、リサイクル可能な熱可塑性プラスチックとアディティブマニュファクチャリング（AM）。この進歩は、米国エネルギー省の先端製造局からの資金提供によって可能になりました。これは、技術革新を刺激し、米国製造業のエネルギー生産性を向上させ、最先端の製品の製造を可能にすることを目的とした賞です。

今日、ほとんどの実用規模の風力タービンブレードは同じクラムシェルデザインを採用しています。2つのグラスファイバーブレードスキンが接着剤で接着され、せん断ウェブと呼ばれる1つまたは複数の複合補強コンポーネントを使用しています。このプロセスは過去25年間の効率を最適化しています。ただし、風力タービンのブレードをより軽く、より長く、より安価に、より効率的に風力エネルギーを取り込むには、風力エネルギーの生産量を増やすことで温室ガス排出量を削減するという目標にとって重要な改善であるため、研究者は従来のクラムシェルを完全に再考する必要があります。 NRELチームの主な焦点。

まず、NRELチームは樹脂マトリックス材料に焦点を当てています。現在の設計は、エポキシ、ポリエステル、ビニルエステルなどの熱硬化性樹脂システムに依存しています。これらのポリマーは、硬化すると、ブランブルのように架橋します。

「熱硬化性樹脂システムでブレードを製造すると、プロセスを逆にすることはできません」とベリー氏は言います。 「それは[また]ブレードのリサイクルを困難にします。」

NRELのCompositesManufacturing Education and Technology（CoMET）施設にあるInstitute for Advanced Composites Manufacturing Innovation（IACMI、Knoxville、Tenn。、US）と協力して、多施設チームは熱可塑性樹脂を使用するシステムを開発しました。元のポリマーを分離するために加熱され、耐用年数（EOL）のリサイクル可能性を可能にします。

熱可塑性ブレードの部品は、熱溶接プロセスを使用して結合することもできます。これにより、接着剤（多くの場合、重くて高価な材料）が不要になり、ブレードのリサイクル性がさらに向上します。

「2つの熱可塑性ブレードコンポーネントを使用すると、それらをまとめて、熱と圧力を加えることで結合することができます」とベリー氏は言います。 「熱硬化性材料ではそれができません。」

今後、NRELは、プロジェクトパートナーのTPI Composites（米国オハイオ州スコッツデール）、Additive Engineering Solutions（米国オハイオ州アクロン）、Ingersoll Machine Tools（米国イリノイ州ロックフォード）、Vanderbilt University（ノックスビル）、IACMIとともには、革新的なブレードコア構造を開発して、比較的軽量な高性能で非常に長いブレード（長さ100メートルをはるかに超える）をコスト効率よく製造できるようにします。

研究チームは、3D印刷を使用することで、タービンブレードの構造スキン間の密度と形状が異なる高度に設計されたネット形状の構造コアを備えたタービンブレードを最新化するために必要な種類の設計を作成できると述べています。ブレードスキンは、熱可塑性樹脂システムを使用して注入されます。

それらが成功した場合、チームはタービンブレードの重量とコストを10％（またはそれ以上）削減し、生産サイクルタイムを少なくとも15％削減します。

AM熱可塑性風力タービンブレード構造に対するプライムAMOFOA賞に加えて、2つのサブグラントプロジェクトも高度な風力タービン製造技術を探求します。コロラド州立大学（フォートコリンズ）は、オーウェンズコーニング（米国オハイオ州トレド）、NREL、アルケマ社（キングオブプルッサ、パートナーとして、Pa。、US）、およびVestas Blades America（Brighton、CO。、US）。 GE Research（Niskayuna、N.Y.、U.S。）が主導する2番目のプロジェクトは、AMERICA：Additive and Modular-Enabled Rotor Blades and Integrated CompositesAssemblyと呼ばれています。 GE Researchと提携しているのは、オークリッジ国立研究所（ORNL、オークリッジ、テネシー州、米国）、NREL、LM Wind Power（コリング、デンマーク）、GE Renewable Energy（パリ、フランス）です。