日前，美國(guó)加利福利亞初創(chuàng)企業(yè)RCAM Technologies獲得加州能源委員會(huì)125萬(wàn)美元的資助，用于開發(fā)和測(cè)試3D打印技術(shù)，以便在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)建造混凝土渦輪塔。該公司預(yù)計(jì)，一座140米高的塔架將在中等風(fēng)切變的地點(diǎn)增加20%以上的電力產(chǎn)量。

  隨著能源效率對(duì)保護(hù)地球環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的未來(lái)穩(wěn)定性變得越來(lái)越重要，利用風(fēng)力資源看起來(lái)像世界各地的行業(yè)和政府最安全的“賭注”。利用地球的天然陣風(fēng)發(fā)電可能看起來(lái)是理想的解決方案，但是仍然有一些局限性阻止風(fēng)電替代采取化石燃料發(fā)電。渦輪機(jī)的大小是目前阻礙它的主要問題之一，但加利福利亞的初創(chuàng)企業(yè)在3D打印的幫助下可能已經(jīng)找到了解決方案。

  為了捕捉盡可能多的天然能量，風(fēng)力渦輪機(jī)需要足夠的高度并結(jié)合必要的巨大葉片，利用大氣中更高的強(qiáng)風(fēng)。在美國(guó)，渦輪機(jī)的平均高度目前只有80多米。然而，這些風(fēng)機(jī)的部件可能很難遠(yuǎn)距離存儲(chǔ)和運(yùn)輸，因此這種相對(duì)較新技術(shù)所涉及的后勤問題最終將花費(fèi)大量金錢，并降低其作為高效電源的吸引力。

  RCAM Technologies最近獲得加利福尼亞州能源委員會(huì)(CEC)125萬(wàn)美元的資助，用于開發(fā)和測(cè)試3D打印技術(shù)，以便在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)建造混凝土渦輪塔?，F(xiàn)場(chǎng)使用3D打印可以為風(fēng)力發(fā)電行業(yè)指明方向，因?yàn)檫@樣可以使用相同的巨大風(fēng)機(jī)，而不會(huì)產(chǎn)生昂貴的物流成本。

  如果項(xiàng)目證明是成功的，3D打印可以用來(lái)建造幾乎是現(xiàn)有的兩倍大的渦輪機(jī)。RCAM Technologies希望使用鋼筋混凝土3D打印技術(shù)來(lái)建造140米或更高的塔樓。該公司由美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)研究員Jason Cotrell創(chuàng)建，他于5月離開NREL，尋求撥款資助開發(fā)該技術(shù)。

  根據(jù)NREL公司能源成本(LCOE)建模工具的估算，該公司預(yù)計(jì)，一座140米高的塔架將在中等風(fēng)切變的地點(diǎn)增加20%以上的電力產(chǎn)量。這將使低風(fēng)速場(chǎng)地的風(fēng)力發(fā)電成本降低11%。較新的超高塔將提高容量系數(shù)，從而以較低的成本發(fā)電，使風(fēng)機(jī)能夠達(dá)到更穩(wěn)定、更強(qiáng)勁的風(fēng)力。

  RCAM的3D打印系統(tǒng)應(yīng)該能夠在一天內(nèi)在現(xiàn)場(chǎng)建造一座風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔，只需花費(fèi)傳統(tǒng)鋼塔的一半成本。原型機(jī)的建造和測(cè)試將在學(xué)校的土木工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，并與加州大學(xué)歐文分校合作進(jìn)行，下半部分采用新的方式制造，頂部采用傳統(tǒng)的錐形鋼塔部分制造。

  授予RCAM的資助是加州能源委員會(huì)努力實(shí)現(xiàn)新采用的效率目標(biāo)的一部分。它希望根據(jù)參議院法案第350條的要求，到2030年將電力和天然氣用途的能源效率節(jié)省一倍。該法案確定了這些新目標(biāo)，以支持加州的長(zhǎng)期氣候目標(biāo)，即到2030年，減少溫室氣體排放量40%，達(dá)到1990年的水平。

  十多年來(lái)，歐洲已經(jīng)有了完全混凝土的風(fēng)塔，但是它們的施工方法往往比RCAM提出的要傳統(tǒng)。雖然新的增材制造方法可以大大節(jié)省物流成本，但如果大規(guī)模實(shí)施，還可能增加新建渦輪機(jī)所需的時(shí)間。

  據(jù)風(fēng)力發(fā)電研究機(jī)構(gòu)MAKE咨詢公司的高級(jí)顧問Aaron Barr說(shuō)，這個(gè)較長(zhǎng)的建設(shè)周期可能會(huì)帶來(lái)自身的弊端。Barr說(shuō)：“大多數(shù)美國(guó)風(fēng)力發(fā)電廠都能夠以每天1臺(tái)或更快的速度安裝渦輪機(jī)，因?yàn)樗械臏u輪機(jī)設(shè)備都已經(jīng)交付到現(xiàn)場(chǎng)集結(jié)地區(qū)?，F(xiàn)場(chǎng)混凝土塔式解決方案的使用大大增加了安裝周期，增加了風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)的成本和執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)。”

  國(guó)內(nèi)最好的風(fēng)力發(fā)電站點(diǎn)大多位于大平原地區(qū)，但美國(guó)其他地區(qū)的效率還不是比較高的水平。在今年5月的美國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)會(huì)議上，NREL提出了更高的渦輪機(jī)作為潛在的解決方案。

  NREL的研究員表示：“除了位于市中心的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以外，平均性能尚未達(dá)到與低價(jià)天然氣和低成本太陽(yáng)能光伏發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)所需的水平，特別是在負(fù)荷增長(zhǎng)相對(duì)較低的時(shí)代。為了擴(kuò)大風(fēng)力發(fā)電的地理覆蓋范圍，對(duì)高塔技術(shù)的持續(xù)評(píng)估似乎是值得的。實(shí)現(xiàn)更高的樞紐高度仍然可以改善在全國(guó)廣大地區(qū)推動(dòng)能力要素。”