获政府资助 美初创企业研发3D打印混凝土风机

  日前，美国加利福利亚初创企业RCAM Technologies获得加州能源委员会125万美元的资助，用于开发和测试3D打印技术，以便在项目现场建造混凝土涡轮塔。该公司预计，一座140米高的塔架将在中等风切变的地点增加20%以上的电力产量。

  随着能源效率对保护地球环境和生态系统的未来稳定性变得越来越重要，利用风力资源看起来像世界各地的行业和政府最安全的“赌注”。利用地球的天然阵风发电可能看起来是理想的解决方案，但是仍然有一些局限性阻止风电替代采取化石燃料发电。涡轮机的大小是目前阻碍它的主要问题之一，但加利福利亚的初创企业在3D打印的帮助下可能已经找到了解决方案。

  为了捕捉尽可能多的天然能量，风力涡轮机需要足够的高度并结合必要的巨大叶片，利用大气中更高的强风。在美国，涡轮机的平均高度目前只有80多米。然而，这些风机的部件可能很难远距离存储和运输，因此这种相对较新技术所涉及的后勤问题最终将花费大量金钱，并降低其作为高效电源的吸引力。

  RCAM Technologies最近获得加利福尼亚州能源委员会(CEC)125万美元的资助，用于开发和测试3D打印技术，以便在项目现场建造混凝土涡轮塔。现场使用3D打印可以为风力发电行业指明方向，因为这样可以使用相同的巨大风机，而不会产生昂贵的物流成本。

  如果项目证明是成功的，3D打印可以用来建造几乎是现有的两倍大的涡轮机。RCAM Technologies希望使用钢筋混凝土3D打印技术来建造140米或更高的塔楼。该公司由美国国家可再生能源实验室(NREL)研究员Jason Cotrell创建，他于5月离开NREL，寻求拨款资助开发该技术。

  根据NREL公司能源成本(LCOE)建模工具的估算，该公司预计，一座140米高的塔架将在中等风切变的地点增加20%以上的电力产量。这将使低风速场地的风力发电成本降低11%。较新的超高塔将提高容量系数，从而以较低的成本发电，使风机能够达到更稳定、更强劲的风力。

  RCAM的3D打印系统应该能够在一天内在现场建造一座风力发电机组塔，只需花费传统钢塔的一半成本。原型机的建造和测试将在学校的土木工程实验室进行，并与加州大学欧文分校合作进行，下半部分采用新的方式制造，顶部采用传统的锥形钢塔部分制造。

  授予RCAM的资助是加州能源委员会努力实现新采用的效率目标的一部分。它希望根据参议院法案第350条的要求，到2030年将电力和天然气用途的能源效率节省一倍。该法案确定了这些新目标，以支持加州的长期气候目标，即到2030年，减少温室气体排放量40%，达到1990年的水平。

  十多年来，欧洲已经有了完全混凝土的风塔，但是它们的施工方法往往比RCAM提出的要传统。虽然新的增材制造方法可以大大节省物流成本，但如果大规模实施，还可能增加新建涡轮机所需的时间。

  据风力发电研究机构MAKE咨询公司的高级顾问Aaron Barr说，这个较长的建设周期可能会带来自身的弊端。Barr说：“大多数美国风力发电厂都能够以每天1台或更快的速度安装涡轮机，因为所有的涡轮机设备都已经交付到现场集结地区。现场混凝土塔式解决方案的使用大大增加了安装周期，增加了风电场开发的成本和执行风险。”

  国内最好的风力发电站点大多位于大平原地区，但美国其他地区的效率还不是比较高的水平。在今年5月的美国风能协会会议上，NREL提出了更高的涡轮机作为潜在的解决方案。

  NREL的研究员表示：“除了位于市中心的风力发电机组以外，平均性能尚未达到与低价天然气和低成本太阳能光伏发电竞争所需的水平，特别是在负荷增长相对较低的时代。为了扩大风力发电的地理覆盖范围，对高塔技术的持续评估似乎是值得的。实现更高的枢纽高度仍然可以改善在全国广大地区推动能力要素。”