Przełomowa technologia produkcji kompozytów do farm wiatrowych

turbina wiatrowa widoczna na tle kobiety

Amerykańska firma Orbital Composites opracowała technologię produkcji poszczególnych elementów turbin wiatrowych on-site, czyli w docelowym miejscu budowy farmy wiatrowej. Rozwiązanie pozwala ograniczyć końcowe koszty budowy farmy nawet o 50 procent! Czy nadchodzi rewolucja?

Zdjęcie autora: Redakcja GLOBEnergia

Redakcja GLOBEnergia

turbina wiatrowa widoczna na tle kobiety

Podziel się

Wielkie zmiany

Jak donosi raport autorstwa IRENA zainstalowana moc farm wiatrowych ma być trzy razy większa do 2030 i pięciokrotnie do 2050 roku, względem pojemności dostępnej w 2019 (Irena 2019 - “Future of the Wind”). By realizacja takich założeń była możliwa, sektor wiatrowy potrzebuje prawdziwej zmiany. Należy raz na zawsze skończyć ze żmudnym i energochłonnym procesem produkcji turbin. Przełomowe rozwiązanie zaproponowało ostatnio Orbital Composites. Według ich koncepcji główne elementy budujące turbinę wiatrową miałyby być drukowane w specjalnych drukarkach 3D, bezpośrednio na miejscu budowy farmy.

Firma podkreśla istotę optymalizacji procesów produkcyjnych w celu pełnej implementacji zielonej transformacji. Druk elementów w 3D pozwoliłby na ograniczenie emisji z energochłonnych fabryk oraz redukcję kosztów wznoszenia instalacji wiatrowych. Tym samym inwestowanie w sektor wiatrowy byłoby bardziej opłacalne niż kiedykolwiek wcześniej. 

Technologia w łatwiejszy sposób zapewni również dostęp do konserwacji farmy. Proces naprawy części będzie się odbywał w miejscu zapotrzebowania. Up-grade będzie dotyczył również czasu takiej usługi. Nadchodzi koniec ery wydłużonego czekania na elementy, które obecnie są sprowadzane z najdalszych zakątków świata. 

Urządzenia drukujące zapewniają możliwość szybkiego skalowania druku. Zakres zmian pozwala na szybkie tworzenie MEW, jak i automatyczną kalibrację zasobów w celu wzniesienia wielkoskalowych farm wiatrowych. Producenci zapewniają, że im bardziej skomplikowane podzespoły oraz im większa farma, tym bardziej opłacalne jest używanie technologii od Orbital Composites. Możliwe jest również tworzenie turbin o charakterystyce aerodynamicznej dedykowanej do konkretnych warunków. Zdjęcie poniżej ukazuje prototyp jednego z najważniejszych fragmentów łopaty - LEP (Leading Edge Protection). To właśnie ten element “przecina” powietrze i odpowiada za aerodynamikę łopat, a tym samym za otrzymywaną końcowo ilość mocy.

Biorąc pod uwagę, że produkcja każdej łopaty wirnika to jednorazowo największy element tworzony z włókna węglowego, możliwość wydrukowania go za pomocą przemysłowego filamentu drastycznie obniża wartość LCA (Life Cycle Assessment) turbiny. 

Transportujemy fabrykę, a nie turbinę

Chyba wszyscy kojarzymy złożoność procesu transportu podzespołów turbiny. Jest to wieloetapowa operacja, nie raz trwająca nawet rok. Implementacja technologii druku 3D w świecie energetyki wiatrowej pozwoli na uniknięcie potrzeby transportu elementów wiatraka, przewieźć trzeba będzie tylko maszyny drukujące, a więc fabrykę. Może to brzmieć kuriozalnie, pamiętajmy jednak, że drukarki są dużo mniejszych rozmiarów niż sama turbina, co zdecydowanie ułatwia proces transportu. Z logistycznego punktu widzenia, łatwiej zaprojektować technologię wielokrotnego przewozu tego samego urządzenia, w odróżnieniu od każdorazowego analizowania mankamentów transportu podzespołów turbin. 

Wizualizacja poniżej ukazuje maszyny drukujące w trakcie pracy. Drukarki zostały przetransportowane w kontenerach.

Wizualizacja procesu druku łopaty wirnika, źródło: Orbital Composites

Istotny wpływ na redukcję kosztów

Ramię robota drukującego łopaty ma być w stanie stworzyć całą część na raz. To urządzenie produkujące ma się poruszać tworząc element, a nie jak dotychczas, kiedy to produkowana część przemierzała halę produkcyjną na taśmie. Takie podejście ma pomóc zminimalizować zużycie materiałów i tym samym obniżyć koszty o 25%. Z kolei produkcja na miejscu może obniżyć koszty o kolejne 10% do 25%. W najlepszym przypadku będzie zatem możliwe uzyskanie nawet o 50% tańszych turbin niż obecnie.

Wizualizacja transportu urządzeń drukujących na statku, źródło: Orbital Composites

Trudności w dostawie powodują wzrost końcowych kosztów energii uzyskanej z wiatru. Orbital Composites już wykorzystuje swoją technologię do drukowania części do dronów i satelit. Łopaty turbiny wiatrowej są bez wątpienia dużo większym wyzwaniem. Dlatego też cały proces będzie przebiegał w odmienny sposób. 

Drukarki najpierw stworzą gigantyczną formę, a następnie wydrukują łopatę wewnątrz tej matrycy. Cały sprzęt może być dostarczony na miejsce w kontenerach transportowych.

Źródło: Orbital Composites

Zdjęcie autora: Redakcja GLOBEnergia

Redakcja GLOBEnergia