一家加州的初創(chuàng)公司提出了一個(gè)解決辦法：RCAM技術(shù)公司最近獲得了來自加州能源委員會(huì)(CEC)的125萬美元撥款，用于測(cè)試通過3D打印技術(shù)在風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)制造混凝土塔筒的可行性。

 

目前，美國(guó)風(fēng)電機(jī)組的平均塔筒高度只有80多米。由來自國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 (NREL)的 Jason Cotrell創(chuàng)建的RCAM技術(shù)公司，計(jì)劃使用一種3D打印技術(shù)——鋼筋混凝土增材制造技術(shù)來制造140米或更高的塔筒。Cotrell在5月離開了國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室NREL，尋求資助來開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。

 

借助NREL的度電成本(LCOE)建模工具，該公司預(yù)計(jì)，在有合適風(fēng)切變的風(fēng)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(qiáng)的風(fēng)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(huì)(CEC)的資助申請(qǐng)表，RCAM技術(shù)公司認(rèn)為3D打印技術(shù)“將使在風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)制造塔筒成為可能，成本則只有傳統(tǒng)鋼塔的一半，在風(fēng)速較低的地區(qū)，可以使風(fēng)電的度電成本降低11%。”

 

 

Cotrell在一段NREL發(fā)布的視頻中說道：“在建造風(fēng)電場(chǎng)時(shí)，我們往往會(huì)應(yīng)用盡可能高的風(fēng)電機(jī)組，以便捕捉到風(fēng)速更高的風(fēng)能資源。然而，在這種情況下，塔筒的直徑也會(huì)變得很大，極大增加了公路運(yùn)輸?shù)碾y度。3D打印技術(shù)則使我們能夠在風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)使用一種自動(dòng)化的混凝土制造工藝來生產(chǎn)塔筒，從而規(guī)避運(yùn)輸與物流的限制。”

 

根據(jù)與加州能源委員會(huì)達(dá)成的協(xié)議，RCAM技術(shù)公司將負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)兩個(gè)高度在140米至170米之間的超高混合式風(fēng)電機(jī)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(shù)建造。混凝土塔筒的原型部分將使用機(jī)械臂和3D打印機(jī)進(jìn)行制造，并將在加州大學(xué)歐文分校完成測(cè)試。

 

在實(shí)際操作中，RCAM技術(shù)公司計(jì)劃在風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)，通過標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)輸車運(yùn)送來的混凝土或者來自攪拌設(shè)備(比如用于基礎(chǔ)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(fēng)電場(chǎng)的年發(fā)電容量因數(shù)可以超過50%。眾所周知，應(yīng)用更高的塔筒，則能夠使風(fēng)力發(fā)電在更多地區(qū)具有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。

 

在美國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)于今年5月舉行的一次會(huì)議上，NREL的研究人員在一篇關(guān)于高塔筒風(fēng)電機(jī)組技術(shù)的報(bào)告中寫道，“在風(fēng)帶中心之外，風(fēng)電的平均開發(fā)成本還高于低價(jià)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(kuò)大風(fēng)電的應(yīng)用地域范圍，有必要對(duì)高塔技術(shù)進(jìn)行持續(xù)評(píng)估，”該團(tuán)隊(duì)補(bǔ)充道，“更高的輪轂高度則顯著提升了容量因數(shù)。”

 

 

MAKE咨詢公司的高級(jí)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(yīng)用了十多年。但是，大多數(shù)混凝土塔筒都是在其他地方預(yù)制的，再運(yùn)送到項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)。RCAM技術(shù)公司可以通過在現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土的方式，避免運(yùn)輸方面的諸多限制。

 

他補(bǔ)充說：“通過現(xiàn)場(chǎng)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(shù)中最有前景的一些應(yīng)用引入到風(fēng)電行業(yè)中。”

 

但Barr警告，3D打印技術(shù)可能會(huì)增加風(fēng)電機(jī)組的吊裝時(shí)間。“特殊的設(shè)備和混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間可能會(huì)大大拉長(zhǎng)風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)周期。”他說：“在美國(guó)的大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)中，如果所有機(jī)組設(shè)備已經(jīng)被運(yùn)送了現(xiàn)場(chǎng)，那么吊裝速度可以達(dá)到1臺(tái)/天，甚至更快。但是，使用現(xiàn)場(chǎng)制造混凝土塔筒的解決方案則會(huì)大大拉長(zhǎng)安裝周期，從而增加風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)的成本和執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)。”

 

RCAM技術(shù)公司是否可以像它預(yù)估的那樣快速、廉價(jià)地通過3-D打印技術(shù)制造混凝土風(fēng)電塔筒?該公司將與加州大學(xué)歐文分校的土木工程實(shí)驗(yàn)室合作完成原型的建造和測(cè)試。

 

作為NREL的Energy I-Corps計(jì)劃的一部分，Jason Cotrell和他的同事Scott Jenne走訪了75家整機(jī)制造商和開發(fā)企業(yè)。

 

“我們發(fā)現(xiàn)，另一家整機(jī)制造商在探索一種非常類似的技術(shù)，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(shí)，RCAM技術(shù)公司正在與幾家整機(jī)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。