Si ha visto un parque eólico en acción, sabe que las turbinas eólicas modernas son bastante inspiradoras: gigantes gigantes, todo en una fila, palas masivas girando en la brisa más absoluta. En las últimas décadas, las alturas de las turbinas se han más que triplicado para perseguir ráfagas mayores en altitudes más altas, y han brotado rotores largos como campos de fútbol para capturar toda esa energía de manera más eficiente.
Cuanto más alta es la turbina y más grandes son sus palas, más electricidad puede producir. Pero esto solo tiene sentido hasta cierto punto, y ese punto está definido por la economía simple.
En los últimos años, la tendencia hacia turbinas eólicas más altas, en particular, se ha estancado. Limitadas por los desafíos de fabricación, mano de obra y transporte, las tecnologías actuales han enfrentado algunos vientos en contra. Es por eso que GE está mirando hacia el futuro para romper el estancamiento. La compañía cree que la impresión 3D puede duplicar la altura de sus turbinas sin romper el banco.
La compañía dijo esta semana que están trabajando con los socios COBOD y LafargeHolcim para diseñar impresoras 3D gigantes que puedan imprimir bases de turbinas de concreto en el sitio. El diseño final sería un híbrido, con la base de hormigón que soporta una torre de acero y una turbina. El grupo completó una base prototipo en el otoño de 2019 y apunta a la producción en 2023 .
Con 200 metros de altura, las nuevas turbinas eclipsarían los modelos actuales de 80 metros e incluso despreciarían la Space Needle de Seattle. Se espera que estos gentiles gigantes puedan reducir aún más el costo de la energía eólica y tal vez incluso extenderlo a lugares menos ventosos.
Las compensaciones de las turbinas más altas
Es bien sabido que las cosas se ponen más fuertes a medida que subes. Un análisis del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) encontró que la velocidad del viento en gran parte de los EE. UU., Especialmente en la mitad oriental, es de hasta 6 millas por hora mayor a alturas de 160 metros en comparación con 80 metros.
La construcción de aerogeneradores más altos tiene un sentido intuitivo. Pero no es tan simple.
La altura de los pasos elevados de autopistas, por ejemplo, es un factor limitante clave. Debido a que necesita una base más ancha para soportar una turbina más alta, más allá de cierta altura de la torre, las bases son demasiado anchas para ser conducidas desde la fábrica al parque eólico. Puede construir bases en el sitio ensamblando piezas de concreto prefabricadas o haciendo moldes y vertiendo el concreto allí. Pero sea cual sea el método que prefiera, tomará más trabajo, tiempo y dinero. En algún momento, el gasto adicional supera la energía extra que puede cosechar una turbina más alta.
Según el informe NREL, las tecnologías actuales pueden romper el cuello de botella económico, pero ninguna es una bala de plata obvia. Los autores, sin embargo, mencionan que la impresión 3D de bases de concreto en el sitio, aunque aún no se ha demostrado que sea factible, podría resolver muchos de estos problemas. Gran parte del proceso, por ejemplo, sería automatizado, lo que requeriría menos mano de obra y tiempo.
No sorprende entonces que GE, uno de los mayores fabricantes de turbinas eólicas del mundo y un titán de fabricación con experiencia en impresión 3D, considere que la tecnología vale la pena.
Si podemos imprimir en 3D una casa ...
En el apogeo, las impresoras 3D de escritorio obtuvieron todo el amor, a pesar de que las máquinas asequibles en su mayoría llegaron al máximo en la fabricación de tchotchkes de plástico. La impresión 3D industrial, por otro lado, ha estado haciendo grandes avances. Las grandes impresoras 3D industriales pueden fabricar cohetes y casas . Y estos últimos son, obviamente, los más relevantes para el trabajo de aerogeneradores de GE.
Imprimir grandes estructuras, como casas, requiere concreto especial que sea fuerte, no pegue la impresora y se seque lo suficientemente rápido. El sueño de las casas impresas en 3D se remonta al menos dos décadas, pero recientemente, las cosas se han calentado. El año pasado, por ejemplo, ICON y New Story 3D imprimieron una comunidad de 50 casas de concreto .
GE probablemente imprimirá sus bases de turbinas usando técnicas similares. Su base prototipo, impresa en octubre pasado en Copenhague, tiene 10 metros de altura y se imprimió capa por capa, sus dos paredes unidas por una sinuosa línea de hormigón en capas en el medio.
GE diseñará las turbinas eólicas, COBOD construirá la impresora 3D y LafargeHolcim hará una mezcla patentada de concreto para el trabajo. En los próximos años, el grupo espera terminar un prototipo de aerogenerador a gran escala con una base impresa en 3D, una impresora de producción y suficientes materiales para escalar. Si todo funciona, las nuevas turbinas podrían producir hasta un 33 por ciento más de potencia y volverse prácticas en más lugares.
"Lo que está viendo es una tecnología que permite a la industria llegar a un nuevo nivel", dijo a Verge Paul Veers, ingeniero jefe del Centro Nacional de Tecnología Eólica y investigador principal del Laboratorio Nacional de Energía Renovable. "Es un trampolín hacia la próxima generación de plantas eólicas".
Si bien los métodos de fabricación menos atractivos suelen ser económicamente más prácticos, a veces la impresión 3D puede ahorrar tiempo, dinero y, en este caso, tal vez el planeta.
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