5 opportunità per la produzione additiva nel settore dell’energia eolica

Di Leslie Langnau | 30 gennaio 2019

Di Inês Castro, scienziata e ingegnere dei materiali

Le tecnologie di produzione additiva (AM) offrono una serie di vantaggi per l’industria eolica. Gli esempi che seguono mostrano che l’implementazione è possibile, e addirittura consigliata, per un fornitore di energia più competitivo sul mercato. Una volta che le tecnologie saranno più sviluppate, affidabili e standardizzate, le catene di fornitori saranno ridotte e la produzione potrebbe essere più localizzata, riducendo i tempi e i costi di trasporto, consentendo l’implementazione dell’AM nel settore eolico.

In generale, l’AM può accelerare i tempi di sviluppo di parti e componenti fino al 75%, ridurre le risorse materiali fino al 65% e ridurre le emissioni di gas fino al 30%. Inoltre, una singola parte può essere prodotta in un unico passaggio, senza richiedere un processo di giunzione secondario.

Inoltre, la produzione additiva può essere utilizzata anche nella riparazione di componenti.

Manifattura additiva applicata alle turbine eoliche Il Global Wind Energy Council ha affermato che l’industria eolica sta vivendo una crescita esponenziale negli ultimi anni con l’aiuto del mercato delle turbine eoliche offshore. Pertanto, lo sviluppo e l’innovazione attraverso i materiali e le tecnologie di produzione sono essenziali affinché l’industria eolica possa prosperare e continuare ad aumentare la produzione annua di energia [7].

Le pale di una turbina eolica ruotano e si spostano con l'azione del vento, facendo girare il rotore. Il cambio effettua il collegamento tra l'albero a bassa velocità con l'albero ad alta velocità, aumentando le rotazioni al minuto da 30 a 60 giri al minuto a circa 1000 a 1800 giri al minuto, che un generatore collegato utilizza per convertire queste rotazioni per produrre energia elettrica. La torre sostiene la struttura della turbina, con la gondola che contiene e protegge i componenti sulla sommità della torre [9].

Le tecnologie AM mostrano un grande potenziale quando si tratta del settore dell’energia eolica, poiché potrebbero consentire la produzione in situ di componenti di turbine progettati per le esigenze uniche delle risorse di un particolare luogo. Ciò, ad esempio, ridurrebbe i costi di spedizione, trasporto e movimentazione e aumenterebbe la velocità con cui possono essere testati nuovi prototipi di pale [6].

Stampi per produzione additiva L’Advanced Manufacturing Office (AMO) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha iniziato a stampare stampi per pale con tecnologie AM, (figura 2). L’espansione di questa applicazione nell’industria degli stampi ridurrebbe le fasi, i costi e i tempi per la fabbricazione degli stampi, poiché il percorso tradizionale è un processo che può richiedere diverse settimane o mesi per essere completato [6, 10].

Lo stampo nella figura 2 è stato stampato come sezioni multiple su una stampante 3D BAAM (Big Area Additive Manufacturing) presso l'Oak Ridge National Laboratory.

Figura 4: La sezione della pala prodotta sullo stampo stampato

Produzione additiva di piccole turbine off-grid Un progetto chiamato “A Small Turbine to Make a Big Difference” avviato da Kyle Bassett, ha l’obiettivo di installare turbine eoliche stampate in 3D a base di plastica su piccola scala in aree remote con accesso minimo all’elettricità. Il fondatore di questo progetto ha iniziato progettando una turbina in grado di immagazzinare l'energia generata in batterie per uso personale [11].

Un modello in scala della turbina è stato sviluppato utilizzando una stampante 3D Printerbot Simple Metal. Comprendeva le pale, i mozzi, i connettori del rotore, il telaio e le estremità delle pale, che sarebbero i componenti più costosi se realizzati con metodi di produzione tradizionali [13].

Gondole stampate Altre applicazioni potrebbero includere la creazione della navicella. I vantaggi derivanti dall’incorporazione dell’AM in tali strutture sono simili, ad esempio incentivi economici per la produzione di stampi, ma si incontrano anche sfide, come la necessità di offrire protezione dagli agenti atmosferici, raffreddamento passivo ed elevata complessità della geometria.

Il progetto Additive Manufacturing Integrated Energy (AMIE), tuttavia, ha prodotto con successo la struttura della navicella.