葉片是風機捕捉風能的核心部件之一，它直接關(guān)系到風機的整體性能和發(fā)電效益，在整個價值鏈中處于頂層。如果將可以節(jié)約制造成本、縮短生產(chǎn)時間的3D打印引入葉片生產(chǎn)，效果會如何？
實際上，3D打印技術(shù)此前已用于風機塔筒的制造過程中。基于在航空發(fā)動機及燃機零部件3D打印上的豐富經(jīng)驗，GE去年與合作伙伴開始嘗試應(yīng)用3D打印和高性能混凝土來制造風機塔筒。根據(jù)測算，通過將一個高度為80米的5MW風機提高至160米的高度，風電場運營商可以增加至少30%的發(fā)電量。
讓風機變得更高后，更輕則是下一個追求。最近，GE與美國能源部建立合作，研究使用3D打印制造風機葉片。這個為期25個月、耗資670萬美元的項目將重點研究如何通過低成本的熱塑性材料和3D打印技術(shù)制造一套風機葉片的葉尖部分。完成后，GE團隊及其合作伙伴——橡樹嶺國家實驗室和美國國家可再生能源實驗室將對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性進行測試，并將三套葉尖安裝到風機上。
葉尖是葉片工藝難度最大的部分，長約10～15米，其轉(zhuǎn)速約為85米/秒，接近音速的1/4，能捕捉風機旋轉(zhuǎn)所需能量的40%。圖片來源：艾爾姆風能
對于技術(shù)創(chuàng)新的不斷追求促使GE一直在尋求改良葉片生產(chǎn)制造的方式，包括將3D打印技術(shù)與熱成型、自動化和熱塑性材料等先進工藝結(jié)合起來。
目前，風機葉片大多是由在玻璃纖維和碳纖維中加入環(huán)氧樹脂或聚酯樹脂的復合材料制成的，而使用輕型熱塑性復合材料和3D打印的葉片則具有多項優(yōu)勢，包括：
輕型葉片可以帶動風機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生更多動力，提高風機的發(fā)電量
輕型葉片可以減輕對塔筒和輪軸的負載，減少齒輪箱、傳動系統(tǒng)、軸承和基座的磨損，從而降低全生命周期成本
熱塑性材料更方便進行拆除后的熔化和回收
在風電行業(yè)迅速發(fā)展的同時，很多退役葉片最終都被扔進了垃圾填埋場，這也帶來了不容忽視的環(huán)境問題。GE可再生能源此前與環(huán)境服務(wù)公司Veolia簽署了一項風機葉片回收協(xié)議。Veolia將在回收舊風機葉片后進行切碎處理，然后將其中的玻璃纖維和巴爾沙木等成分進行混合，運往水泥制造工廠，作為煤炭、沙子和粘土的替代品來生產(chǎn)硅酸鹽水泥。這種方法可以讓工業(yè)廢物“變身”水泥原材料，還有助于減少水泥行業(yè)的二氧化碳排放量（點擊原文了解更多：風機葉片報廢后怎么辦？別擔心，可以回收造水泥！）。
新材料的使用和效率的提高可以實現(xiàn)成本節(jié)約，而規(guī)?；a(chǎn)則可以進一步幫助降本。GE和其子公司艾爾姆風能計劃將這項技術(shù)規(guī)模化生產(chǎn)，從而推向市場。
葉尖部分完成后，GE團隊接下來還會將3D打印技術(shù)應(yīng)用于風機葉片的其他部分。20多年前，GE開始在航空發(fā)動機中引入輕型復合材料風扇葉片。今天，通過合作伙伴的共同努力，我們正在把更先進的材料技術(shù)應(yīng)用于風機葉片中，以降低風電度電成本，提高性能，并持續(xù)推動行業(yè)的綠色低碳發(fā)展。
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