葉片是風(fēng)機(jī)捕捉風(fēng)能的核心部件之一，它直接關(guān)系到風(fēng)機(jī)的整體性能和發(fā)電效益，在整個(gè)價(jià)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(shí)間的3D打印引入葉片生產(chǎn)，效果會(huì)如何？

圖片來(lái)源：GE可再生能源/ LafargeHolcim/COBOD

實(shí)際上，3D打印技術(shù)此前已用于風(fēng)機(jī)塔筒的制造過(guò)程中。基于在航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃機(jī)零部件3D打印上的豐富經(jīng)驗(yàn)，GE去年與合作伙伴開(kāi)始嘗試應(yīng)用3D打印和高性能混凝土來(lái)制造風(fēng)機(jī)塔筒。根據(jù)測(cè)算，通過(guò)將一個(gè)高度為80米的5MW風(fēng)機(jī)提高至160米的高度，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商可以增加至少30%的發(fā)電量。

讓風(fēng)機(jī)變得更高后，更輕則是下一個(gè)追求。最近，GE與美國(guó)能源部建立合作，研究使用3D打印制造風(fēng)機(jī)葉片。這個(gè)為期25個(gè)月、耗資670萬(wàn)美元的項(xiàng)目將重點(diǎn)研究如何通過(guò)低成本的熱塑性材料和3D打印技術(shù)制造一套風(fēng)機(jī)葉片的葉尖部分。完成后，GE團(tuán)隊(duì)及其合作伙伴——橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室將對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行測(cè)試，并將三套葉尖安裝到風(fēng)機(jī)上。

葉尖是葉片工藝難度最大的部分，長(zhǎng)約10～15米，其轉(zhuǎn)速約為85米/秒，接近音速的1/4，能捕捉風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)所需能量的40%。

對(duì)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(dòng)化和熱塑性材料等先進(jìn)工藝結(jié)合起來(lái)。

目前，風(fēng)機(jī)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(fù)合材料制成的，而使用輕型熱塑性復(fù)合材料和3D打印的葉片則具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，包括：

輕型葉片可以帶動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生更多動(dòng)力，提高風(fēng)機(jī)的發(fā)電量

輕型葉片可以減輕對(duì)塔筒和輪軸的負(fù)載，減少齒輪箱、傳動(dòng)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(jìn)行拆除后的熔化和回收

在風(fēng)電行業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，很多退役葉片最終都被扔進(jìn)了垃圾填埋場(chǎng)，這也帶來(lái)了不容忽視的環(huán)境問(wèn)題。GE可再生能源此前與環(huán)境服務(wù)公司Veolia簽署了一項(xiàng)風(fēng)機(jī)葉片回收協(xié)議。Veolia將在回收舊風(fēng)機(jī)葉片后進(jìn)行切碎處理，然后將其中的玻璃纖維和巴爾沙木等成分進(jìn)行混合，運(yùn)往水泥制造工廠，作為煤炭、沙子和粘土的替代品來(lái)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。

新材料的使用和效率的提高可以實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約，而規(guī)模化生產(chǎn)則可以進(jìn)一步幫助降本。GE和其子公司艾爾姆風(fēng)能計(jì)劃將這項(xiàng)技術(shù)規(guī)模化生產(chǎn)，從而推向市場(chǎng)。

葉尖部分完成后，GE團(tuán)隊(duì)接下來(lái)還會(huì)將3D打印技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)機(jī)葉片的其他部分。20多年前，GE開(kāi)始在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中引入輕型復(fù)合材料風(fēng)扇葉片。今天，通過(guò)合作伙伴的共同努力，我們正在把更先進(jìn)的材料技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)機(jī)葉片中，以降低風(fēng)電度電成本，提高性能，并持續(xù)推動(dòng)行業(yè)的綠色低碳發(fā)展。