NREL展示可持續(xù)海洋能源技術：3D打印金屬潮汐風機翼梁的可行性

南極熊導讀：海洋能源是可再生能源行業(yè)中前景廣闊的一部分,。它利用水流,、潮汐等自然現(xiàn)象的動能，并將其轉化為清潔能源,，為沿海社區(qū)提供電力,。根據美國能源效率和可再生能源辦公室的數據，2019年海洋能源資源將占美國發(fā)電總量的57%,。換句話說,，海洋能源擁有巨大的潛力，并且正在進行許多旨在推進開發(fā)的創(chuàng)新項目,。

2024年5月7日,，南極熊獲悉，美國國家可再生能源實驗室（NREL）的研究人員與太平洋西北國家實驗室合作領導了一個項目,，旨在利用增材制造技術增強海洋能源技術,，特別關注潮汐發(fā)電，即利用渦輪技術將潮汐水中的能量轉化為電力。

△3D打印潮汐風機翼梁

測試聚合物和金屬3D打印技術

過去兩年,，該項目一直在測試和分析潮汐風機翼梁的開發(fā)和生產過程中所涉及的各種材料和打印技術,。翼梁是風機組件內的承載部件，用于將葉片固定到位,。該部件不僅必須能夠支風機葉片結構,，還必須能夠承受海洋環(huán)境的腐蝕力。經過一些評估,，研究人員發(fā)現(xiàn)熱塑性3D打印并不適合這種特定應用,，而生產潮汐風機翼梁的最佳選擇是不銹鋼和激光金屬沉積。事實證明,，優(yōu)化關鍵組件的運行對于海洋能源主要生產商（如海上風電場）的成功至關重要,。

NREL機械工程師兼海洋能源增材制造研究首席研究員Paul Murdy說道：“我們通過3D打印開辟了一個真正獨特的設計空間。這個項目證明了增材制造有潛力生產出非常堅固,、堅硬的結構,，這將有利于海洋能源�,！�

△NREL研究人員Miguel González-Montijo和Paul Murdy

NREL團隊正在開發(fā)的3D打印風機翼梁旨在適應現(xiàn)有的潮汐風機系統(tǒng),。研究人員表示，這可以促進水產養(yǎng)殖和微電網等各種藍色經濟部門的新型海洋能源設備的快速原型設計,，從而為沿海社區(qū)提供電力,。未來，這還將使沿海城鎮(zhèn)和社區(qū)更容易通過本地打印部件來更換海洋能源系統(tǒng)中磨損的部件,，從而減少對供應鏈的依賴,。

設計該部件的NREL研究生實習生Miguel González-Montijo表示：“對于特定地區(qū)的特定社區(qū)來說，海洋能源可能會改變游戲規(guī)則,。例如,，我的家鄉(xiāng)波多黎各可以受益于升級后的能源網，該電網融合了海洋流體動力能源等可再生能源技術,。這些技術可以幫助許多小城鎮(zhèn)建立能源彈性和獨立性,，同時提供本地來源的可再生電力�,！�

△潮汐風機翼梁正在使用液壓執(zhí)行器進行測試

研究結果將為未來的設計和研發(fā)提供指導

目前,，3D打印的潮汐風機翼梁正在NREL的設施中接受測試，包括疲勞測試和高達1,900磅的負載測試（據說比該部件在海洋環(huán)境中的預期承受力高出50%）,。這一迭代的翼梁是使用Ai Build的機器人系統(tǒng)和不銹鋼材料進行3D打印的,。

3D打印過程大約需要一周時間才能完成。Montijo補充道：“結構驗證對于確保翼梁能夠按照我們的模型預測的方式對現(xiàn)實生活中的力做出反應至關重要,。它還幫助我們了解新型增材制造工藝與傳統(tǒng)鋼鐵制造技術的不同之處,，以及我們如何在未來的設計中考慮它,。”

此次測試標志著研究工作的最后階段之一,，證明了增材制造在海洋能源應用中的價值和巨大潛力,。測試結束后，NREL研究人員將繼續(xù)開發(fā)和微調3D打印風機翼梁的設計,，并探索增材制造在海洋能源中的其它潛在應用,。