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열가소성 블레이드의 3D 프린팅은 열 용접을 가능하게 하고 재활용성을 향상시켜 터빈 블레이드 무게와 비용을 최소 10% 줄이고 생산 주기 시간을 15% 줄일 수 있는 잠재력을 제공합니다.

NREL 수석 풍력 기술 엔지니어인 Derek Berry가 이끄는 국립 재생 에너지 연구소(NREL, 미국 콜로라도주 골든) 연구원 팀은 다음과 같은 방식으로 첨단 풍력 터빈 블레이드를 제조하기 위한 새로운 기술을 계속해서 발전시키고 있습니다.그들의 결합을 더욱 발전시키다재활용 가능한 열가소성 수지 및 적층 제조(AM). 이러한 진전은 기술 혁신을 촉진하고, 미국 제조의 에너지 생산성을 향상시키며, 최첨단 제품 제조를 가능하게 하기 위해 고안된 미국 에너지부 첨단 제조국(Advanced Manufacturing Office)의 자금 지원을 통해 가능했습니다.

오늘날 대부분의 유틸리티 규모 풍력 터빈 블레이드는 동일한 클램쉘 디자인을 가지고 있습니다. 두 개의 유리 섬유 블레이드 스킨은 접착제로 결합되고 지난 25년 동안 효율성을 위해 최적화된 프로세스인 전단 웹(shear web)이라는 하나 이상의 복합 보강 구성 요소를 사용합니다. 그러나 풍력 터빈 블레이드를 더 가볍고, 더 길고, 더 저렴하고, 더 효율적으로 풍력 에너지를 포착하기 위해(풍력 에너지 생산량을 늘려 부분적으로 온실가스 배출을 줄이는 목표에 중요한 개선 사항), 연구자들은 기존의 대합 조개 껍질을 완전히 다시 생각해야 합니다. NREL 팀의 주요 초점은 다음과 같습니다.

우선 NREL 팀은 수지 매트릭스 재료에 중점을 두고 있습니다. 현재 디자인은 일단 경화되면 가시나무처럼 가교되는 폴리머인 에폭시, 폴리에스테르, 비닐 에스테르와 같은 열경화성 수지 시스템에 의존합니다.

Berry는 “열경화성 수지 시스템으로 블레이드를 생산하면 프로세스를 되돌릴 수 없습니다.”라고 말합니다. “그것도 [또한] 칼날을 만드는 것입니다.재활용이 어렵다.”

다음과 같은 작업을 수행합니다.첨단 복합재료 제조 혁신 연구소(IACMI, 미국 테네시주 녹스빌) NREL의 CoMET(복합재료 제조 교육 및 기술) 시설에서 여러 기관 팀은 열경화성 재료와 달리 가열하여 원래 폴리머를 분리할 수 있는 열가소성 플라스틱을 사용하는 시스템을 개발했습니다. 수명(EOL) 재활용성.

열가소성 블레이드 부품은 열 용접 공정을 사용하여 결합할 수 있어 접착제(종종 무겁고 값비싼 재료)가 필요하지 않아 블레이드 재활용성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

"두 개의 열가소성 블레이드 구성 요소를 사용하면 열과 압력을 가하여 결합할 수 있고 결합할 수 있습니다."라고 Berry는 말합니다. "열경화성 재료로는 그렇게 할 수 없습니다."

NREL은 프로젝트 파트너와 함께 앞으로 나아갑니다.TPI 복합재(미국 애리조나주 스코츠데일), Additive Engineering Solutions (미국 오하이오주 애크런),잉가솔 공작기계(미국 일리노이주 록퍼드), 밴더빌트 대학교(녹스빌) 및 IACMI는 길이가 100m가 훨씬 넘는 상대적으로 낮은 고성능의 매우 긴 블레이드를 비용 효율적으로 생산할 수 있는 혁신적인 블레이드 코어 구조를 개발할 예정입니다. 무게.

연구팀은 3D 프린팅을 사용함으로써 터빈 블레이드의 구조 스킨 사이에 다양한 밀도와 기하학적 구조를 지닌 고도로 설계된 그물 모양의 구조 코어를 사용하여 터빈 블레이드를 현대화하는 데 필요한 종류의 설계를 생성할 수 있다고 말합니다. 블레이드 스킨은 열가소성 수지 시스템을 사용하여 주입됩니다.

성공하면 팀은 터빈 블레이드 무게와 비용을 10%(또는 그 이상) 줄이고 생산 주기 시간을 최소 15% 줄일 것입니다.

게다가프라임 AMO FOA 수상AM 열가소성 풍력 터빈 블레이드 구조의 경우 두 개의 하위 보조금 프로젝트에서도 첨단 풍력 터빈 제조 기술을 탐구할 것입니다. 콜로라도 주립대학교(포트콜린스)는 3D 프린팅을 사용하여 새로운 내부 윈드 블레이드 구조용 섬유 강화 복합재를 만드는 프로젝트를 주도하고 있습니다.오웬스 코닝(미국 오하이오주 톨레도), NREL,아르케마(주)(King of Prussa, PA, US)와 Vestas Blades America (Brighton, Colo., US)가 파트너로 참여하고 있습니다. GE Research(미국 뉴욕주 니스카유나)가 주도하는 두 번째 프로젝트는 AMERICA: 적층 및 모듈식 로터 블레이드 및 통합 복합재 조립이라고 불립니다. GE리서치와의 파트너십은오크리지 국립연구소(ORNL, 미국 테네시주 오크리지), NREL, LM Wind Power(덴마크 콜딩) 및 GE Renewable Energy(프랑스 파리).

보낸 사람: 복합 세계