Renishaw e Biome Renewables discutono della produzione additiva di turbine oceaniche
Biome Renewables è una società di sviluppo tecnologico con sede a Toronto, in Canada, specializzata nella progettazione di tecnologie di miglioramento aerodinamico per turbine eoliche. Fondata nel 2015, l’azienda ha cercato di promuovere l’energia rinnovabile utilizzando la biomimetica, la pratica di risolvere le sfide del design umano osservando le strategie presenti in natura.
L’azienda ha progettato il PowerCone, un componente di retrofit per turbine eoliche che consente alla turbina di produrre dal 10 al 13% in più di potenza a velocità del vento inferiori, riducendo la turbolenza sul rotore e riducendo al minimo il rumore. Il team ha basato il progetto sul percorso di caduta di un seme d’acero, reso unico dalla sua geometria e dalla capacità di utilizzare in modo efficiente il vento. La start-up è in prima linea nel suo campo, sperimentando nuove equazioni per sviluppare i suoi prodotti ispirati alla natura.
Biome ha contattato il Nova Scotia Community College (NSCC) per espandere la sua offerta nella generazione di energia da onde di marea a causa della specializzazione del college nel campo. Tuttavia, NSCC sviluppa principalmente soluzioni in plastica che sarebbero inappropriate per ambienti di marea ostili. Le turbine dovrebbero resistere alla corrosione, all’impatto con i detriti e far fronte alle forti forze di marea che agiscono su di esse. Biome ha dovuto reimmaginare completamente il prodotto per funzionare in un nuovo ambiente.
Il nuovo PowerCone dovrebbe anche resistere a carichi incredibili. Non riuscire a ottenere il livello appropriato di robustezza nel prodotto potrebbe comportare il fallimento del prototipo e la sua perdita nell’oceano, respingendo notevolmente il progetto e inquinando il sito di test. Costruire un PowerCone in acciaio inossidabile ne migliorerebbe la robustezza. Inoltre, utilizzando geometrie innovative e design non tradizionali, il PowerCone aveva il potenziale per evitare la cavitazione; danni alle turbine causati da rapidi cambiamenti di pressione in un liquido, cosa comune nelle applicazioni marine.
Abbiamo visto un’opportunità per adattare la nostra tecnologia a un mercato maturo per l’innovazione.
Per questi motivi, NSCC ha chiesto assistenza tecnica alla filiale canadese del leader mondiale dell’AM Renishaw . I test rapidi e la revisione dei prototipi sono particolarmente facili con la tecnologia AM, poiché i progettisti possono modificare e costruire digitalmente utilizzando una macchina e una varietà di polveri metalliche, invece di utilizzare più processi. Questa tecnica consente inoltre agli ingegneri di costruire facilmente forme geometriche più complesse, consentendo a Biome Renewables di spingere ulteriormente l’applicazione biomimetica.
“Da un punto di vista tecnico, il team di Renishaw si è sincronizzato molto bene con il nostro”, ha spiegato Ryan Church, fondatore e CEO di Biome Renewables. “Non avevamo un grande set di competenze in AM, quindi erano il pezzo mancante del puzzle e insieme avevamo tutti i componenti per un progetto di successo.”
Quando è stata contattata da NSCC, Renishaw ha riconosciuto le sfide tecniche del progetto e si è offerta di aiutare. Il team ha deciso di utilizzare una turbina disponibile in commercio che potevano essere adattati con un PowerCone costruito in AM. NSCC ha utilizzato il suo sistema Renishaw RenAM 250 per produrre le parti che, una volta installate originariamente, erano una delle prime macchine AM utilizzate in Canada.
Il progetto è andato avanti con la collaborazione quotidiana tramite telefono e videoconferenza tra le tre parti e diversi specialisti Renishaw AM nel Regno Unito. La costruzione stessa è stata divisa in due tra NSCC e Renishaw, impiegando un mese in totale per produrre tutte le parti. Biome Renewables ha lavorato all’aggiornamento dei suoi progetti per tenere conto del PowerCone che si muove in acqua e per il nuovo processo di produzione.
Dati i requisiti di Biome Renewable, le lame dovevano essere leggere per tollerare l’ambiente marino, ma non potevano essere vuote in quanto le avrebbero rese più deboli e suscettibili all’impatto dei detriti. Gli ingegneri hanno utilizzato una struttura reticolare interna per ridurre il peso preservando la robustezza della turbina e anche per ridurre significativamente i tempi di costruzione. La finitura superficiale ha reso le lame più idrodinamiche, riducendo al minimo la potenziale rugosità.
“Il progetto è stata una grande opportunità per noi per adattare la nostra esperienza”, ha continuato Church. “AM sembrava una scelta ovvia perché potevamo prototipare progetti complessi con facilità. La sfida più grande che abbiamo dovuto affrontare è stata l’adattamento dei nostri progetti CAD sia a un nuovo ambiente che a un metodo di produzione in modo efficiente. Ottenere la giusta mesh e reticolo ha richiesto del lavoro, ma la prototipazione rapida ci ha aiutato a rendere il prodotto finale senza soluzione di continuità. “
Il progetto richiedeva che la macchina funzionasse per lunghi periodi di tempo, con la costruzione più lunga della durata di 150 ore. Il PowerCone era più grande dello spazio disponibile all’interno dell’AM250, quindi ogni lama è stata stampata in parti separate e quindi saldata.
“Ho lavorato su diverse centinaia di build e la produzione di PowerCone è stata una delle più impegnative”, ha spiegato Mark Kirby, Additive Manufacturing Business Manager presso Renishaw Canada. “Spesso ricevo domande dai clienti che chiedono se le parti AM possono essere saldate insieme e questo progetto dimostra che può certamente essere fatto senza influire negativamente sull’efficienza del prodotto.”
Espandere
Renishaw Making Waves Industria pesante
NSCC, Biome Renewables e Renishaw hanno costruito con successo un prototipo e hanno dedicato il secondo mese del progetto ai test. La build è stata inviata nel Regno Unito, dove è stata testata a Strangford Loch, nell’Irlanda del Nord. I test sugli oceani sono stati completati il 1 ° ottobre 2019 e hanno confermato l’ipotesi di Biome Renewable: la modifica sulla turbina ha prodotto livelli significativi di potenza su un’ampia gamma di velocità di marea.
“In quanto azienda con una vasta esperienza nell’energia eolica, abbiamo intravisto un’opportunità per adattare la nostra tecnologia a un mercato maturo per l’innovazione, come l’energia delle maree”, ha continuato Church. “Il potenziale è sempre stato presente, ma mancano prodotti in grado di estrarre energia in modo pratico e a lungo termine. La creazione di strutture interne nella pala come elementi portanti utilizzando la produzione composita avrebbe richiesto più lavoro, denaro e tempo di quanto non fosse con l’AM. Abbiamo risparmiato mesi di tempo e ridotto i costi di circa l’80% con questo metodo “.
La Commissione europea riferisce che le aziende hanno progettato circa 170 tipi di convertitori di energia del moto ondoso, ma meno del 20% arriva alla prototipazione su vasta scala. AM offre una prototipazione più rapida e un processo di produzione più conveniente, il che conferisce a Tidal PowerCone un vantaggio rispetto alla concorrenza.
“La velocità era l’aspetto più impressionante di questo progetto, Biome Renewables è riuscita a passare dal primo progetto a un prototipo di successo in un tempo che sarebbe stato difficile da replicare senza AM”, ha continuato Kirby. “Una collaborazione efficace e un equilibrio di competenze hanno reso il progetto un vero piacere lavorare. Ha portato a quattro settimane intense, ma il suo successo è una testimonianza di una buona comunicazione e competenza. “
“In futuro abbiamo in programma di sviluppare un PowerCone su larga scala che funzioni come un rotore completo. Ciò ha più senso in quanto meno componenti significano meno carico, tempi e costi di produzione “, ha spiegato Church. “Saremmo lieti di un’altra collaborazione con Renishaw in futuro.”
