Tecnologia de impressão 3D aplicada à fabricação de turbinas eólicas para resolver o problema do transporte de energia eólica de grande porte
Se você já dirigiu um caminhão sobre uma grande parte de uma turbina eólica, verá que suas limitações são óbvias. À medida que as lâminas ficam mais e mais longas, as torres estão ficando cada vez mais altas, e torna-se muito difícil transportar essas peças grandes na estrada.
Uma startup da Califórnia apresentou uma solução: a RCAM Technologies recebeu recentemente uma doação de US $ 1,25 milhão da California Energy Commission (CEC) para testar a viabilidade da fabricação de torres de concreto no parque eólico através da impressão 3D.
Atualmente, a altura média das torres dos EUA é de apenas 80 metros. A RCAM Technologies, fundada por Jason Cotrell do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL), planeja usar uma tecnologia de impressão 3D, tecnologia de fabricação de aditivos de concreto armado, para fabricar torres de 140 metros ou mais. Cotrell deixou o Laboratório Nacional de Energia Renovável NREL em maio para buscar financiamento para desenvolver a tecnologia.
Com a ferramenta de modelagem de custo de energia (LCOE) da NREL, a empresa espera que uma torre de 140 metros de altura aumente a geração de energia em mais de 20% em áreas com energia eólica adequada ao vento. Ao permitir que as pás capturem energia eólica mais estável e mais forte, a torre ultra-alta aumentará significativamente o fator de capacidade e reduzirá os custos de geração de energia.
Segundo o formulário de solicitação de financiamento apresentado à Comissão de Energia da Califórnia (CEC), a RCAM Technologies acredita que a tecnologia de impressão 3D "possibilitará a fabricação de torres no parque eólico pela metade do custo de torres de aço tradicionais, em áreas com menor vento velocidades, ele pode reduzir o custo de energia de energia eólica em 11%. "
Concreto digital
Cotrell disse em um vídeo divulgado pela NREL: "Ao construir um parque eólico, tendemos a usar as turbinas eólicas mais altas possíveis para captar recursos de energia eólica com velocidades de vento mais altas. No entanto, neste caso, o diâmetro da torre também se tornará muito grande, aumentando consideravelmente a dificuldade do transporte rodoviário. A tecnologia de impressão 3D nos permite usar um processo automatizado de fabricação de concreto para produzir torres no parque eólico, evitando assim as restrições de transporte e logística. "
Sob um acordo com a Comissão de Energia da Califórnia, a RCAM Technologies será responsável por projetar a metade inferior de duas torres híbridas de turbinas eólicas de altíssima altitude entre 140 e 170 metros de altura. A metade superior da torre usará uma torre de aço cônico tradicional, enquanto a metade inferior será construída usando técnicas de fabricação aditiva de concreto armado. O protótipo da torre de concreto será fabricado usando um braço robótico e uma impressora 3D e será testado na Universidade da Califórnia, em Irvine.
Na prática, a RCAM Technologies planeja fabricar essas torres de concreto de grande diâmetro no parque eólico, seja de concreto transportado por veículos de transporte padrão ou de concreto a partir de equipamentos de mistura, como fundição de fundição.
Aumentar o potencial do fator de capacidade
A pesquisa do NREL mostra que nas Grandes Planícies, o fator anual de capacidade de geração de energia de alguns parques eólicos pode exceder 50% com uma altura de torre de 80 metros. É bem conhecido que a aplicação de torres mais altas pode tornar a energia eólica mais competitiva economicamente em mais regiões.
Em uma reunião da Associação Americana de Energia Eólica em maio deste ano, pesquisadores do NREL escreveram em um relatório sobre a tecnologia de turbinas eólicas de alta torre: "Fora do centro de cinturão de ventos, o custo médio de desenvolvimento da energia eólica é maior que o de gás natural de baixo custo". e geração de energia fotovoltaica de baixo custo, cujo custo ainda está diminuindo ".
“Para expandir o escopo geográfico das aplicações de energia eólica, é necessário avaliar continuamente a tecnologia da torre”, acrescentou a equipe. “A altura do cubo maior aumenta significativamente o fator de capacidade.”
O caminho para o mercado
Aaron Barr, consultor sênior da MAKE Consulting, disse em um e-mail: "Depois que a altura do cubo excede 120 metros, as torres de concreto rapidamente se tornaram uma alternativa econômica para as torres de tubos de aço".
Barr salientou que, na Europa, as torres de concreto estão em uso há mais de uma década. No entanto, a maioria das torres de concreto são pré-fabricadas em outros lugares e enviadas para o local do projeto. As empresas de tecnologia da RCAM podem evitar muitas restrições de transporte despejando concreto no local.
Ele acrescentou: "Com o derramamento no local, você pode economizar em custos de logística e materiais e trazer algumas das aplicações mais promissoras da atual tecnologia de impressão 3D para a indústria de energia eólica".
Mas Barr adverte que a tecnologia de impressão 3D pode aumentar o tempo de elevação das turbinas eólicas. “Equipamentos especiais e tempo de cura do concreto podem aumentar muito o período de construção do parque eólico.” Ele disse: “Na maioria dos parques eólicos nos Estados Unidos, se todo o equipamento da unidade foi transportado para o local, a velocidade de elevação pode atingir 1 unidade. / Day, ainda mais rápido. No entanto, o uso de fabricação de torres de concreto no local aumentará enormemente o ciclo de instalação, aumentando assim o custo e o risco de implementação do desenvolvimento de parques eólicos ”.
A RCAM Technologies pode fabricar torres eólicas de concreto com tecnologia de impressão 3-D com a mesma rapidez e baixo custo que estima? A empresa trabalhará com o Laboratório de Engenharia Civil da Universidade da Califórnia, em Irvine, para concluir a construção e o teste dos protótipos.
Como parte do programa EnergyI-Corps da NREL, JasonCotrell e seu colega Scott Jenne visitaram 75 fabricantes de máquinas e empresas de desenvolvimento.
"Descobrimos que outro fabricante de máquinas está explorando uma tecnologia muito semelhante, estamos em contato com esse fabricante e esperamos trabalhar de perto com ele", disse Cotrell em um vídeo divulgado pela NREL.
Cotrell confirmou em um e-mail que a RCAM Technologies está discutindo a cooperação com vários fabricantes de máquinas, incluindo a empresa que ele mencionou no vídeo sem um nome aberto.
