13 Mai، 2021

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GE wird größere Windkraftanlagen im 3D-Druck herstellen

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GE gab heute bekannt, dass es Windkraftanlagen in Wolkenkratzergröße mit massiven 3D-gedruckten Sockeln entwickelt. Das Konglomerat plant, mit Partnern aus der Bauindustrie zusammenzuarbeiten, um sowohl einen Drucker als auch Materialien herzustellen, die möglicherweise weltweit eingesetzt werden könnten.

Höhere Turbinen können von stärkeren Winden in höheren Lagen profitieren, und die Strukturen unterstützen größere Schaufeln, die mehr Leistung erzeugen. Der Bau größerer Turbinen macht den Transport der Teile, die für die Zusammenstellung erforderlich sind, zu einem logistischen Albtraum. GE hofft, die Basis einer Turbine in 3D drucken zu können, wo immer sie platziert werden soll, damit sie nicht um ein so riesiges Stück Beton oder Stahl herumschleppen müssen. Das Unternehmen sagt, dass seine Onshore-Turbinen eine Höhe von bis zu 200 Metern erreichen könnten, was höher als die Seattle Space Needle und mehr als doppelt so hoch ist wie die durchschnittliche Höhe von Windkraftanlagen in den USA heute.

Onshore-Windkraftanlagen verzeichneten seit den 1980er Jahren einen massiven Wachstumsschub, als sie in den USA eine durchschnittliche Höhe von etwa 20 Metern erreichten – ohne die Blätter. Unter idealen Bedingungen hatten diese früheren Turbinen eine maximale Leistung von etwa 100 kW pro Turbine. Bis 2017 wuchsen diese Zahlen auf 84 Meter mit einer Leistung von mehr als 2 MW (2000 kW). Turbinen in Teilen Europas, in denen es nicht so starke Winde in Bodennähe gibt, können größere Höhen erreichen. Eine der höchsten Onshore-Turbinen in Gaildorf ist 178 Meter hoch. GE will noch größer werden.

Da GE einer der weltweit größten Hersteller von Windkraftanlagen ist, könnte GE eine völlig neue Ära für die Konstruktion und den Bau von Windkraftanlagen einleiten. Es wird jedoch nicht das erste Unternehmen sein, das sich mit 3D-Druck für Windenergie befasst. Das Startup RCAM Technologies, das von der California Energy Commission mit 1,25 Millionen US-Dollar finanziert wurde, machte sich 2017 daran, zwei Turbinentürme auf ähnliche Weise zu bauen – ihre Forschung ist noch nicht abgeschlossen. Dies bedeutet, dass GE als erster Windturbinen mit einer 3D-gedruckten Basis im Handel erhältlich machen könnte. Das Unternehmen hat seinen ersten Prototyp im Oktober 2019 fertiggestellt und plant, die Produktion im Jahr 2023 aufzunehmen.

"Was Sie suchen, ist eine Technologie, die es der Branche ermöglicht, ein neues Niveau zu erreichen", sagt Paul Veers, Chefingenieur am National Wind Technology Center und Senior Research Fellow am National Renewable Energy Laboratory für 3D-Druck. Die neue Technologie könnte möglicherweise den Zeit- und Arbeitsaufwand für die Installation von Turbinen reduzieren, insbesondere an Land, wo Turbinen tendenziell kleiner sind als ihre Offshore-Gegenstücke (es ist einfacher, Materialien auf dem Seeweg zu transportieren). "Es ist ein Sprungbrett in die nächste Generation von Windkraftanlagen", sagt Veers.

GE geht davon aus, dass eine 160 Meter hohe 5-MW-Turbine gebaut werden kann, die jährlich 33 Prozent mehr Strom erzeugt als eine halb so große Turbine – bei „erheblichen“ Kosteneinsparungen. Und da es normalerweise einfacher ist, einen 3D-Drucker als einen 100 bis 200 Meter hohen Turm zu transportieren, kann er erneuerbare Windenergie auf neue Märkte bringen, so das Unternehmen Der Rand. Dies würde auch die Treibhausgasemissionen reduzieren, die durch den Transport riesiger Strukturen entstehen.

"Es ist eine internationale Zusammenarbeit, die wirklich darauf abzielt, die Welt mit erneuerbaren Energien sowie mit nachhaltigeren Technologien zur Herstellung dieser Produkte zum Besseren zu verändern", sagt Matteo Bellucci, Marktführer für fortschrittliche Fertigungstechnologie bei GE Renewable Energy.

GEs Prototyp einer 3D-gedruckten Basis für Windkraftanlagen
GE Erneuerbare Energie / Cobod / LafargeHolcim.

GE und seine Partner in diesem Bestreben – die 3D-Konstruktionsdruckerei COBOD und die Baustofffirma LafargeHolcim – arbeiten an 3D-Druckbetonsockeln mit einer Höhe zwischen 10 und 80 Metern. Sie können dann der Basis einen Stahlturm hinzufügen, um die Turbine viel höher zu machen. Einige Turbinentürme in Europa werden bereits vor Ort in Zement gegossen, um den Transport zu vermeiden. Durch den 3D-Druck entfallen jedoch die Arbeitskosten, die mit dem Zusammensetzen der Betonteile verbunden sind.

Der 3D-Druck von Beton ist immer noch mit Herausforderungen verbunden. Je stärker der Beton ist, desto schwieriger wird es, ihn zu platzieren – oder in diesem Fall zu drucken. "Es gibt einen großen Kompromiss zwischen den Materialeigenschaften, der Materialfestigkeit und der Frage, wie einfach es ist, sie zu drucken, wenn man so will", erklärt Owen Roberts, Ingenieur am National Renewable Energy Laboratory.

Ein Großteil der aktuellen Forschung konzentriert sich darauf, diesen Spagat herauszufinden. Die Industrie hofft, dass sich die Onshore-Windenergie mit Hilfe dieser nächsten Generation des 3D-Drucks zu saubereren und leistungsstärkeren Höhen ausdehnen kann.

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