如果你曾經(jīng)駕駛卡車運送過風電機組的大部件，那么你會發(fā)現(xiàn)它的局限性是顯而易見的。由于葉片越來越長，塔筒也越來越高，在高速公路上運輸這些大部件變得非常困難。
一家加州的初創(chuàng)公司提出了一個解決辦法：RCAM技術公司最近獲得了來自加州能源委員會（CEC）的125萬美元撥款，用于測試通過3D打印技術在風電場現(xiàn)場制造混凝土塔筒的可行性。
目前，美國風電機組的平均塔筒高度只有80多米。由來自國家可再生能源實驗室 （NREL）的 Jason Cotrell創(chuàng)建的RCAM技術公司，計劃使用一種3D打印技術——鋼筋混凝土增材制造技術來制造140米或更高的塔筒。Cotrell在5月離開了國家可再生能源實驗室NREL，尋求資助來開發(fā)這項技術。
借助NREL的度電成本（LCOE）建模工具，該公司預計，在有合適風切變的風能資源區(qū)域，140米高的塔筒將可以提高20%以上的發(fā)電量。通過使葉片能夠捕獲更穩(wěn)定、更強的風能，超高塔筒將顯著增加容量因數(shù)，大大降低發(fā)電成本。
根據(jù)提交給加州能源委員會(CEC)的資助申請表，RCAM技術公司認為3D打印技術“將使在風電場現(xiàn)場制造塔筒成為可能，成本則只有傳統(tǒng)鋼塔的一半，在風速較低的地區(qū)，可以使風電的度電成本降低11%。”
數(shù)字化混凝土
Cotrell在一段NREL發(fā)布的視頻中說道：“在建造風電場時，我們往往會應用盡可能高的風電機組，以便捕捉到風速更高的風能資源。然而，在這種情況下，塔筒的直徑也會變得很大，極大增加了公路運輸?shù)碾y度。3D打印技術則使我們能夠在風電場現(xiàn)場使用一種自動化的混凝土制造工藝來生產(chǎn)塔筒，從而規(guī)避運輸與物流的限制。”
根據(jù)與加州能源委員會達成的協(xié)議，RCAM技術公司將負責設計兩個高度在140米至170米之間的超高混合式風電機組塔筒的下半部分。塔筒的上半部分將采用傳統(tǒng)的錐形鋼塔，而下半部分將用鋼筋混凝土增材制造技術建造。混凝土塔筒的原型部分將使用機械臂和3D打印機進行制造，并將在加州大學歐文分校完成測試。
在實際操作中，RCAM技術公司計劃在風電場現(xiàn)場，通過標準運輸車運送來的混凝土或者來自攪拌設備（比如用于基礎澆筑）的混凝土來制造這些大直徑混凝土塔筒。
提高容量因數(shù)的潛力
NREL的研究顯示，在大平原地區(qū)，在塔筒高度為80米的情況下，一些風電場的年發(fā)電容量因數(shù)可以超過50%。眾所周知，應用更高的塔筒，則能夠使風力發(fā)電在更多地區(qū)具有經(jīng)濟競爭力。
在美國風能協(xié)會于今年5月舉行的一次會議上，NREL的研究人員在一篇關于高塔筒風電機組技術的報告中寫道，“在風帶中心之外，風電的平均開發(fā)成本還高于低價的天然氣和低成本的光伏發(fā)電，后者的成本還在不斷降低。”
“為了擴大風電的應用地域范圍，有必要對高塔技術進行持續(xù)評估，”該團隊補充道，“更高的輪轂高度則顯著提升了容量因數(shù)。”
邁向市場之路
MAKE咨詢公司的高級顧問Aaron Barr在一封電子郵件中表示：“在輪轂高度超過120米以后，混凝土塔筒已經(jīng)迅速成為鋼管塔筒的一種有成本效益的代替品。”
Barr指出，在歐洲，混凝土塔筒已經(jīng)應用了十多年。但是，大多數(shù)混凝土塔筒都是在其他地方預制的，再運送到項目現(xiàn)場。RCAM技術公司可以通過在現(xiàn)場澆筑混凝土的方式，避免運輸方面的諸多限制。
他補充說：“通過現(xiàn)場澆筑，能夠節(jié)約物流和材料方面的成本，并將目前3D打印技術中最有前景的一些應用引入到風電行業(yè)中。”
但Barr警告，3D打印技術可能會增加風電機組的吊裝時間。“特殊的設備和混凝土養(yǎng)護時間可能會大大拉長風電場的建設周期。”他說：“在美國的大多數(shù)風電場中，如果所有機組設備已經(jīng)被運送了現(xiàn)場，那么吊裝速度可以達到1臺/天，甚至更快。但是，使用現(xiàn)場制造混凝土塔筒的解決方案則會大大拉長安裝周期，從而增加風電場開發(fā)的成本和執(zhí)行風險。”
RCAM技術公司是否可以像它預估的那樣快速、廉價地通過3-D打印技術制造混凝土風電塔筒？該公司將與加州大學歐文分校的土木工程實驗室合作完成原型的建造和測試。
作為NREL的Energy I-Corps計劃的一部分，Jason Cotrell和他的同事Scott Jenne走訪了75家整機制造商和開發(fā)企業(yè)。
“我們發(fā)現(xiàn)，另一家整機制造商在探索一種非常類似的技術，我們與那家制造商保持著聯(lián)系，并期待與其展開深入合作。”Cotrell在NREL發(fā)布的視頻中如是說。
Cotrell在一封電子郵件中證實，RCAM技術公司正在與幾家整機制造商討論合作事宜，其中包括他在視頻中提到的那家沒有透露名稱的公司。
