NREL innova producción sostenible palas aerogeneradores usando fabricación aditiva

Un equipo investigadores Laboratorio Nacional Energías Renovables (NREL, Golden, Colorado, EE. UU.), liderado por ingeniero senior tecnología eólica Derek Berry, continúan avanzando sus técnicas novedosas para fabricar palas aerogeneradores avanzadas combinando termoplásticos reciclables y fabricación aditiva (AM). El avance fue posible gracias a financiación Oficina Fabricación Avanzada Dept. Energía EE. UU. —premios diseñados estimular innovación tecnología, mejorar productividad energética fabricación EE. UU. y permitir fabricación productos punta.

Hoy, la mayoría palas aerogeneradores escala comercial tienen mismo diseño clamshell: dos pieles fibra vidrio unidas con adhesivo y usan uno o varios componentes rigidez compuestos llamados shear webs, proceso optimizado eficiencia últimos 25 años. Sin embargo, para hacer palas más ligeras, largas, baratas y eficientes captando energía eólica —mejoras críticas para objetivo reducir emisiones gases efecto invernadero aumentando producción eólica— investigadores deben repensar totalmente clamshell convencional, foco principal equipo NREL.

Para empezar, equipo NREL se centra en material matriz resina. Diseños actuales dependen sistemas resina termoestables como epoxis, poliésteres y ésteres vinílicos, polímeros que, una vez curados, entrecruzan como zarzas.

"Una vez produces pala con sistema resina termoestable, no puedes revertir proceso", dice Berry. "Eso [también] dificulta reciclaje pala".

Trabajando con Instituto Innovación Fabricación Compuestos Avanzados (IACMI, Knoxville, Tennessee, EE. UU.) en Instalación Composites Manufacturing Education and Technology (CoMET) NREL, equipo multi-institucional desarrolló sistemas usando termoplásticos, que, a diferencia materiales termoestables, pueden calentarse para separar polímeros originales, permitiendo reciclabilidad fin vida (EOL).

Piezas pala termoplásticas también pueden unirse mediante proceso soldadura térmica que podría eliminar necesidad adhesivos —a menudo pesados y caros— mejorando aún más reciclabilidad pala.

"Con dos componentes pala termoplásticos, tienes capacidad unirlos y, mediante aplicación calor y presión, unirlos", dice Berry. "No puedes hacer eso con materiales termoestables".

Avanzando, NREL, con socios TPI Composites (Scottsdale, Arizona, EE. UU.), Additive Engineering Solutions (Akron, Ohio, EE. UU.), Ingersoll Machine Tools (Rockford, Illinois, EE. UU.), Universidad Vanderbilt (Knoxville) e IACMI, desarrollarán estructuras núcleo pala innovadoras para permitir producción coste-eficiente palas alto rendimiento muy largas —bien más 100 metros— peso relativamente bajo.

Usando impresión 3D, equipo dice puede producir diseños necesarios para modernizar palas con núcleos estructurales net-shape altamente ingenierados de densidades y geometrías variables entre pieles estructurales pala. Las pieles pala se infundirán usando sistema resina termoplástico.

Si logran éxito, equipo reducirá peso y coste pala 10% (o más) y tiempo ciclo producción al menos 15%.

Además del premio principal AMO FOA para estructuras palas eólicas AM termoplásticas, dos subproyectos explorarán también técnicas avanzadas fabricación aerogeneradores. Universidad Estatal Colorado (Fort Collins) lidera proyecto que también usa impresión 3D para hacer compuestos fibra reforzada para estructuras internas novedosas pala, con Owens Corning (Toledo, Ohio, EE. UU.), NREL, Arkema Inc. (King of Prussa, Pensilvania, EE. UU.) y Vestas Blades America (Brighton, Colorado, EE. UU.) como socios. Segundo proyecto, liderado por GE Research (Niskayuna, N.Y., EE. UU.), llamado AMERICA: Additive and Modular-Enabled Rotor Blades and Integrated Composites Assembly. Socios GE Research: Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL, Oak Ridge, Tennessee, EE. UU.), NREL, LM Wind Power (Kolding, Dinamarca) y GE Renewable Energy (París, Francia).