NREL展示可持续海洋能源技术：3D打印金属潮汐风机翼梁的可行性

南极熊导读：海洋能源是可再生能源行业中前景广阔的一部分。它利用水流、潮汐等自然现象的动能，并将其转化为清洁能源，为沿海社区提供电力。根据美国能源效率和可再生能源办公室的数据，2019年海洋能源资源将占美国发电总量的57%。换句话说，海洋能源拥有巨大的潜力，并且正在进行许多旨在推进开发的创新项目。

2024年5月7日，南极熊获悉，美国国家可再生能源实验室（NREL）的研究人员与太平洋西北国家实验室合作领导了一个项目，旨在利用增材制造技术增强海洋能源技术，特别关注潮汐发电，即利用涡轮技术将潮汐水中的能量转化为电力。

△3D打印潮汐风机翼梁

测试聚合物和金属3D打印技术

过去两年，该项目一直在测试和分析潮汐风机翼梁的开发和生产过程中所涉及的各种材料和打印技术。翼梁是风机组件内的承载部件，用于将叶片固定到位。该部件不仅必须能够支风机叶片结构，还必须能够承受海洋环境的腐蚀力。经过一些评估，研究人员发现热塑性3D打印并不适合这种特定应用，而生产潮汐风机翼梁的最佳选择是不锈钢和激光金属沉积。事实证明，优化关键组件的运行对于海洋能源主要生产商（如海上风电场）的成功至关重要。

NREL机械工程师兼海洋能源增材制造研究首席研究员Paul Murdy说道：“我们通过3D打印开辟了一个真正独特的设计空间。这个项目证明了增材制造有潜力生产出非常坚固、坚硬的结构，这将有利于海洋能源。”

△NREL研究人员Miguel González-Montijo和Paul Murdy

NREL团队正在开发的3D打印风机翼梁旨在适应现有的潮汐风机系统。研究人员表示，这可以促进水产养殖和微电网等各种蓝色经济部门的新型海洋能源设备的快速原型设计，从而为沿海社区提供电力。未来，这还将使沿海城镇和社区更容易通过本地打印部件来更换海洋能源系统中磨损的部件，从而减少对供应链的依赖。

设计该部件的NREL研究生实习生Miguel González-Montijo表示：“对于特定地区的特定社区来说，海洋能源可能会改变游戏规则。例如，我的家乡波多黎各可以受益于升级后的能源网，该电网融合了海洋流体动力能源等可再生能源技术。这些技术可以帮助许多小城镇建立能源弹性和独立性，同时提供本地来源的可再生电力。”

△潮汐风机翼梁正在使用液压执行器进行测试

研究结果将为未来的设计和研发提供指导

目前，3D打印的潮汐风机翼梁正在NREL的设施中接受测试，包括疲劳测试和高达1,900磅的负载测试（据说比该部件在海洋环境中的预期承受力高出50%）。这一迭代的翼梁是使用Ai Build的机器人系统和不锈钢材料进行3D打印的。

3D打印过程大约需要一周时间才能完成。Montijo补充道：“结构验证对于确保翼梁能够按照我们的模型预测的方式对现实生活中的力做出反应至关重要。它还帮助我们了解新型增材制造工艺与传统钢铁制造技术的不同之处，以及我们如何在未来的设计中考虑它。”

此次测试标志着研究工作的最后阶段之一，证明了增材制造在海洋能源应用中的价值和巨大潜力。测试结束后，NREL研究人员将继续开发和微调3D打印风机翼梁的设计，并探索增材制造在海洋能源中的其它潜在应用。