NREL은 차세대 풍력 터빈 블레이드를 위한 새로운 제조 방식을 탐구합니다.

NREL 수석 풍력 기술 엔지니어인 Derek Berry가 이끄는 국립 재생 에너지 연구소(NREL, Golden, Co., US) 연구원 팀은 재활용 가능한 열가소성 수지와 적층 제조(AM). 이러한 발전은 기술 혁신을 촉진하고 미국 제조업의 에너지 생산성을 개선하며 첨단 제품의 제조를 가능하게 하기 위해 고안된 상인 미국 에너지부의 첨단 제조 사무소(Advanced Manufacturing Office)의 자금 지원으로 가능했습니다.

오늘날 대부분의 유틸리티 규모 풍력 터빈 블레이드는 동일한 클램셸 디자인을 가지고 있습니다. 두 개의 유리 섬유 블레이드 스킨이 접착제로 함께 접착되고 지난 25년 동안 효율성을 위해 최적화된 프로세스인 전단 웹이라는 하나 이상의 복합 보강 구성 요소를 사용합니다. 그러나 풍력 터빈 블레이드를 더 가볍고, 더 길고, 더 저렴하고, 풍력 에너지 포착에 더 효율적으로 만들기 위해(바람 에너지 생산을 증가시켜 부분적으로 온실 가스 배출을 줄이는 목표에 중요한 개선 사항) 연구자들은 기존의 조개 껍질을 완전히 재고해야 합니다. NREL 팀의 주요 초점입니다.

먼저 NREL 팀은 수지 매트릭스 재료에 집중하고 있습니다. 현재 디자인은 에폭시, 폴리에스테르 및 비닐 에스테르와 같은 열경화성 수지 시스템에 의존하며, 폴리머는 경화되면 가시나무처럼 가교됩니다.

"열경화성 수지 시스템으로 블레이드를 생산하면 프로세스를 되돌릴 수 없습니다."라고 Berry는 말합니다. "이는 [또한] 블레이드를 재활용하기 어렵게 만듭니다."

NREL의 CoMET(Composites Manufacturing Education and Technology) 시설에 있는 첨단 복합재 제조 혁신 연구소(IACMI, Knoxville, Tenn., 미국 테네시)와 협력하여 다기관 팀은 열경화성 재료와 달리 열가소성 물질을 사용하는 시스템을 개발했습니다. 가열하여 원래의 폴리머를 분리하여 수명 종료(EOL) 재활용이 가능합니다.

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

Berry는 "두 개의 열가소성 블레이드 구성요소를 사용하여 열과 압력을 가해 결합할 수 있습니다."라고 말합니다. "열경화성 재료로는 그렇게 할 수 없습니다."

앞으로 NREL은 프로젝트 파트너인 TPI Composites(미국 애리조나주 Scottsdale), Additive Engineering Solutions(미국 오하이오주 Akron), Ingersoll Machine Tools(미국 일리노이주 Rockford), Vanderbilt University(Knoxville) 및 IACMI와 함께 , 혁신적인 블레이드 코어 구조를 개발하여 길이가 100미터가 훨씬 넘는 비교적 가벼운 고성능의 매우 긴 블레이드를 비용 효율적으로 생산할 수 있습니다.

연구팀은 3D 프린팅을 사용하여 터빈 블레이드의 구조 스킨 사이에 다양한 밀도와 형상을 가진 고도로 엔지니어링된 그물 모양의 구조 코어로 터빈 블레이드를 현대화하는 데 필요한 종류의 디자인을 생산할 수 있다고 말합니다. 블레이드 스킨은 열가소성 수지 시스템을 사용하여 주입됩니다.

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

AM 열가소성 풍력 터빈 블레이드 구조에 대한 주요 AMO FOA 상 외에도 2개의 하위 프로젝트에서 고급 풍력 터빈 제조 기술을 탐구할 것입니다. Colorado State University(Fort Collins)는 Owens Corning(미국 오하이오주 톨레도), NREL, Arkema Inc.(King of Prussa, Pa., US) 및 Vestas Blades America(미국 콜로라도주 브라이튼)가 파트너로 참여했습니다. GE Research(미국 뉴욕주 Niskayuna)가 주도하는 두 번째 프로젝트는 AMERICA:적층 및 모듈식 로터 블레이드 및 통합 복합 재료 어셈블리로 명명되었습니다. GE Research와 파트너 관계를 맺고 있는 기업은 Oak Ridge 국립 연구소(ORNL, Oak Ridge, 미국 테네시), NREL, LM Wind Power(덴마크 콜딩) 및 GE Renewable Energy(프랑스 파리)입니다.