NREL Inovasi Produksi Balang Turbin Angin Berkelanjutan dengan Peng manufactur Tambahan
Tim peneliti National Renewable Energy Laboratory (NREL, Golden, Colo., AS), yang dipimpin oleh insinyur teknologi angin senior NREL Derek Berry, terus maju teknik inovatif mereka untuk memproduksi balang turbin angin lanjutan dengan menggabungkan termoplastik daur ulang dan peng manufactur tambahan (AM). Kemajuan ini dibuat mungkin oleh pendanaan dari Advanced Manufacturing Office Departemen Energi AS — penghargaan yang dirancang untuk merangsang inovasi teknologi, meningkatkan produktivitas energi manufaktur AS, dan memungkinkan manufaktur produk canggih.
Saat ini, sebagian besar balang turbin angin skala utilitas memiliki desain clamshell yang sama: dua kulit balang fiberglas ditempelkan bersama dengan perekat dan menggunakan satu atau beberapa komponen kaku komposit yang disebut shear webs, proses yang dioptimalkan untuk efisiensi selama 25 tahun terakhir. Namun, untuk membuat balang turbin angin lebih ringan, lebih panjang, lebih murah, dan lebih efisien dalam menangkap energi angin — perbaikan yang krusial untuk tujuan mengurangi emisi gas rumah kaca sebagian dengan meningkatkan produksi energi angin — peneliti harus memikirkan ulang clamshell konvensional, sesuatu yang merupakan fokus utama tim NREL.
Untuk memulai, tim NREL berfokus pada material matriks resin. Desain saat ini bergantung pada sistem resin termoset seperti epoksi, polyster, dan ester vinil, polimer yang, setelah dirawat, bersilang seperti duri.
"Setelah Anda menghasilkan balang dengan sistem resin termoset, Anda tidak dapat membalikkan prosesnya," kata Berry. "Itu [juga] membuat balang sulit didaur ulang."
Bekerja sama dengan Institute for Advanced Composites Manufacturing Innovation (IACMI, Knoxville, Tenn., AS) di fasilitas Composites Manufacturing Education and Technology (CoMET) NREL, tim multi-institusi mengembangkan sistem yang menggunakan termoplastik, yang, tidak seperti material termoset, dapat dipanaskan untuk memisahkan polimer asli, mengaktifkan daur ulang akhir umur (EOL).
Bagian balang termoplastik juga dapat digabungkan menggunakan proses las termal yang dapat menghilangkan kebutuhan akan perekat — material yang seringkali berat dan mahal — yang meningkatkan daur ulang balang lebih lanjut.
"Dengan dua komponen balang termoplastik, Anda memiliki kemampuan untuk membawanya bersama dan, melalui aplikasi panas dan tekanan, menggabungkannya," kata Berry. "Anda tidak dapat melakukan hal itu dengan material termoset."
Untuk melanjutkan, NREL, bersama mitra proyek TPI Composites (Scottsdale, Ariz., AS), Additive Engineering Solutions (Akron, Ohio, AS), Ingersoll Machine Tools (Rockford, Ill., AS), Vanderbilt University (Knoxville) dan IACMI, akan mengembangkan struktur inti balang inovatif untuk memungkinkan produksi hemat biaya balang tinggi performa, sangat panjang — jauh lebih dari 100 meter panjang — yang relatif ringan.
Dengan menggunakan cetak 3D, tim peneliti berkata dapat menghasilkan jenis desain yang diperlukan untuk memodernisasi balang turbin dengan inti struktural yang dirancang tinggi, net-shaped dengan densitas dan geometri yang bervariasi di antara kulit struktural balang turbin. Kulit balang akan diinfusi menggunakan sistem resin termoplastik.
Jika mereka berhasil, tim akan mengurangi bobot dan biaya balang turbin sebesar 10% (atau lebih) dan waktu siklus produksi paling sedikit 15%.
Selain penghargaan prime AMO FOA untuk struktur balang turbin termoplastik AM, dua proyek sub-grant juga akan menjelajahi teknik manufaktur turbin angin lanjutan. Colorado State University (Fort Collins) memimpin proyek yang juga menggunakan cetak 3D untuk membuat komposit terstabil serat untuk struktur balang angin internal baru, dengan Owens Corning (Toledo, Ohio, AS), NREL, Arkema Inc. (King of Prussa, Pa., AS), dan Vestas Blades America (Brighton, Colo., AS) sebagai mitra. Proyek kedua, yang dipimpin oleh GE Research (Niskayuna, N.Y., AS), disebut AMERICA: Additive and Modular-Enabled Rotor Blades and Integrated Composites Assembly. Mitra dengan GE Research adalah Oak Ridge National Laboratory (ORNL, Oak Ridge, Tenn., AS), NREL, LM Wind Power (Kolding, Denmark) dan GE Renewable Energy (Paris, Prancis).
