Tha stuthan co-dhèanta a’ dèanamh adhartas mòr ann an togail uidheamachd airson gnìomhachas cumhachd uisge-dhealain. Tha sgrùdadh air neart stuthan agus slatan-tomhais eile a’ nochdadh mòran a bharrachd thagraidhean, gu sònraichte airson aonadan beaga agus meanbh-aonadan.
Chaidh an t-artaigil seo a mheasadh agus a dheasachadh a rèir lèirmheasan a rinn dithis no barrachd phroifeiseantaich aig a bheil eòlas buntainneach. Bidh na luchd-sgrùdaidh co-aoisean seo a’ breithneachadh làmh-sgrìobhainnean airson cruinneas teicnigeach, feumailteachd, agus cudromachd iomlan taobh a-staigh gnìomhachas an uisge-dhealain.
Tha àrdachadh stuthan ùra a’ toirt cothroman inntinneach don ghnìomhachas uisge-dhealain. Chaidh fiodh – a chaidh a chleachdadh anns na cuibhlichean-uisge agus na peann-stoc tùsail – a chur na àite gu ìre le co-phàirtean stàilinn tràth anns na 1800an. Bidh stàilinn a’ cumail a neart tro luchd sgìths àrd agus a’ seasamh an aghaidh bleith agus creimeadh cavitation. Tha tuigse mhath air na feartan aige agus tha na pròiseasan airson saothrachadh cho-phàirtean air an deagh leasachadh. Airson aonadan mòra, is coltaiche gur e stàilinn an stuth as fheàrr leotha.
Ach, leis cho mòr ’s a tha roth-uidheaman beaga (fo 10 MW) gu meanbh-mheudach (fo 100 kW) air fàs, faodar stuthan co-dhèanta a chleachdadh gus cuideam a shàbhaladh agus cosgais saothrachaidh agus buaidh àrainneachdail a lughdachadh. Tha seo gu sònraichte buntainneach leis gu bheil feum leantainneach air fàs ann an solar dealain. Chan eil comas uisge-dhèanta an t-saoghail, faisg air 800,000 MW a rèir sgrùdadh ann an 2009 le Com-pàirtichean Lùth Ath-nuadhachail Nirribhidh, ach 10% den chumhachd uisge-dhèanta a tha comasach gu teicnigeach agus 6% den chumhachd uisge-dhèanta a tha comasach gu teicnigeach. Tha an comas barrachd den uisge-dhèanta a tha comasach gu teicnigeach a thoirt a-steach don raon a tha comasach gu h-eaconamach ag àrdachadh le comas phàirtean co-dhèanta eaconamaidh sgèile a thoirt seachad.
Dèanamh phàirtean co-dhèanta
Gus am peann-stoc a dhèanamh gu h-eaconamach agus le neart àrd cunbhalach, ’s e lùbadh filament an dòigh as fheàrr. Tha mandrel mòr air a phasgadh le sreangan de shnàithleach a chaidh a ruith tro amar roisinn. Tha na sreangan air am pasgadh ann am pàtrain cearcall is helical gus neart a chruthachadh airson cuideam a-staigh, lùbadh fada agus làimhseachadh. Tha an earrann thoraidhean gu h-ìosal a’ sealltainn a’ chosgais agus a’ chuideam gach troigh airson an dà mheud peann-stoc, stèidhichte air luachan bho sholaraichean ionadail. Sheall an luachan gun robh tighead an dealbhaidh air a stiùireadh le riatanasan stàlaidh is làimhseachaidh, seach an luchd cuideam an ìre mhath ìosal, agus airson an dà chuid b’ e 2.28 cm a bh’ ann.
Chaidh beachdachadh air dà dhòigh saothrachaidh airson nan geataichean beag agus na bhànaichean-staide; rèiteachadh fliuch agus stealladh falamh. Bidh rèiteachadh fliuch a’ cleachdadh aodach tioram, a tha air a bogadh le bhith a’ dòrtadh roisinn thairis air an aodach agus a’ cleachdadh rolairean gus an roisinn a phutadh a-steach don aodach. Chan eil am pròiseas seo cho glan ri stealladh falamh agus chan eil e an-còmhnaidh a’ toirt a-mach an structar as fheàrr a thaobh co-mheas snàithleach-gu-roisinn, ach bheir e nas lugha de ùine na am pròiseas stealladh falamh. Bidh stealladh falamh a’ leagail snàithleach tioram anns na stiùiridhean ceart, agus an uairsin tha an cruach thioram air a pocadh falamh agus tha goireasan a bharrachd ceangailte a tha a’ leantainn gu solar roisinn, a thèid a tharraing a-steach don phàirt nuair a thèid am falamh a chuir an sàs. Bidh am falamh a’ cuideachadh le bhith a’ cumail suas an ìre de roisinn aig an ìre as fheàrr agus a’ lughdachadh leigeil ma sgaoil stuthan organach luaineach.
Cleachdaidh cùis an sgrolaidh laighe-suas le làimh ann an dà leth fa leth air molltair fireann gus dèanamh cinnteach à uachdar rèidh a-staigh. Thèid an dà leth seo an uairsin a cheangal ri chèile le snàithleach air a chur ris an taobh a-muigh aig a’ phuing ceangail gus dèanamh cinnteach à neart iomchaidh. Chan eil feum aig an luchd cuideim anns a’ chùis sgrolaidh air co-dhèanamh adhartach àrd-neart, agus mar sin bidh laighe-suas fliuch de dh’ aodach fiberglass le roisinn epocsa gu leòr. Bha tiugh cùis an sgrolaidh stèidhichte air an aon pharaimeadar dealbhaidh ris a’ pheann-stoc. Tha an aonad 250-kW na inneal sruthadh aiseach, agus mar sin chan eil cùis sgrolaidh ann.
Bidh ruitheadair roth-uidheam a’ cothlamadh geoimeatraidh iom-fhillte le riatanasan luchdan àrda. Tha obair o chionn ghoirid air sealltainn gum faodar co-phàirtean structarail àrd-neart a dhèanamh bho SMC prepreg gearraichte le neart agus stiffness sàr-mhath.5 Chaidh gàirdean crochaidh an Lamborghini Gallardo a dhealbhadh a’ cleachdadh iomadh sreath de SMC prepreg gearraichte ris an canar co-dhèanamh cruthaichte, air a mhúnlachadh le teannachadh gus an tighead a bha a dhìth a thoirt gu buil. Faodar an aon dhòigh a chuir an sàs anns na ruitheadairean Francis agus propeller. Chan urrainnear an ruitheadair Francis a dhèanamh mar aon aonad, oir bhiodh iom-fhillteachd for-chòmhdach nan lann a’ cur casg air a’ phàirt a bhith air a thoirt a-mach às a’ mholltair. Mar sin, tha lannan an ruitheadair, a’ chrùn agus a’ chòmhlan air an dèanamh air leth agus an uairsin air an ceangal ri chèile agus air an neartachadh le boltaichean tro thaobh a-muigh a’ chrùin agus a’ chòmhlain.
Ged is e an dòigh as fhasa air an tiùb dreachd a dhèanamh le bhith a’ cleachdadh lùbadh filament, chan eil am pròiseas seo air a mhalairteachadh le bhith a’ cleachdadh snàithleanan nàdarra. Mar sin, chaidh layup làimhe a thaghadh, oir is e seo an dòigh àbhaisteach airson a dhèanamh, a dh’ aindeoin na cosgaisean saothair nas àirde. Le bhith a’ cleachdadh molltair fireann coltach ri mandrel, faodar an layup a chrìochnachadh leis a’ mholltair còmhnard agus an uairsin ga thionndadh dìreach gus a leigheas, a’ cur casg air cromadh air aon taobh. Bidh cuideam nam pàirtean co-dhèanta ag atharrachadh beagan a rèir na tha de roisinn anns a’ phàirt chrìochnaichte. Tha na h-àireamhan seo stèidhichte air 50% de chuideam snàithleach.
Tha cuideaman iomlan an roth-uidheam stàilinn is co-dhèanta 2-MW 9,888 kg agus 7,016 kg, fa leth. Tha cuideaman nan roth-uidheam stàilinn is co-dhèanta 250-kW 3,734 kg agus 1,927 kg, fa leth. Tha na h-iomlan a’ gabhail ris gu bheil 20 geata beag ann airson gach roth-uidheam agus fad peann-stoc co-ionann ri ceann an roth-uidheam. Tha e coltach gum biodh am peann-stoc nas fhaide agus gum feumadh e feidhrichean, ach tha an àireamh seo a’ toirt tuairmse bunaiteach air cuideam an aonaid agus na h-innealan co-cheangailte. Chan eil an gineadair, na boltaichean agus bathar-cruaidh gnìomhachaidh a’ gheata air an toirt a-steach agus thathar a’ gabhail ris gu bheil iad coltach eadar na h-aonadan co-dhèanta agus stàilinn. Is fhiach a thoirt fa-near cuideachd gum biodh ath-dhealbhadh an ruitheadair a tha a dhìth gus cunntas a thoirt air dùmhlachdan cuideam a chithear anns an FEA a’ cur cuideam ris na h-aonadan co-dhèanta, ach thathar a’ gabhail ris gu bheil an ìre glè bheag, timcheall air 5 kg gus puingean a neartachadh le dùmhlachd cuideam.
Leis na cuideaman a chaidh a thoirt seachad, dh’fhaodadh an roth-uidheam co-dhèanta 2-MW agus a pheann-stoc a bhith air an togail leis an V-22 Osprey luath, ach bhiodh feum aig an inneal stàilinn air heileacoptair Chinook le dà rotor nas slaodaiche agus nas mì-ghluasadach. Cuideachd, dh’fhaodadh an roth-uidheam co-dhèanta 2-MW agus am peann-stoc a bhith air an tarraing le F-250 4×4, ach bhiodh feum aig an aonad stàilinn air làraidh nas motha a bhiodh duilich a ghluasad air rathaidean coille nan robh an stàladh iomallach.
Co-dhùnaidhean
Tha e comasach tuirbinean a thogail à stuthan co-dhèanta, agus chunnacas lùghdachadh cuideim de 50% gu 70% an taca ri co-phàirtean stàilinn àbhaisteach. Leis a’ chuideam nas lugha, faodar tuirbinean co-dhèanta a stàladh ann an àiteachan iomallach. A bharrachd air an sin, chan eil feum air uidheamachd tàthaidh airson na structaran co-dhèanta seo a chur ri chèile. Feumaidh na co-phàirtean nas lugha de phàirtean a bhith air an boltadh ri chèile, oir faodar gach pìos a dhèanamh ann an aon no dhà earrann. Aig na ruith cinneasachaidh beaga a chaidh a mhodaileadh san sgrùdadh seo, tha cosgais nam molltairean agus innealan eile a’ faighinn làmh an uachdair air cosgais nam pàirtean.
Tha na ruith bheaga a tha air an comharrachadh an seo a’ sealltainn dè a chosgadh e gus tuilleadh rannsachaidh a thòiseachadh air na stuthan sin. Faodaidh an rannsachadh seo dèiligeadh ri bleith cavitation agus dìon UV nan co-phàirtean às dèidh an stàladh. ’S dòcha gum bi e comasach còmhdach elastomer no ceirmeag a chleachdadh gus cavitation a lughdachadh no gus dèanamh cinnteach gu bheil an roth-uidheam ag obair anns na rèimean sruthadh is cinn a chuireas casg air cavitation tachairt. Bidh e cudromach na cùisean sin agus feadhainn eile a dhearbhadh agus fhuasgladh gus dèanamh cinnteach gum faod na h-aonadan earbsachd coltach ri roth-uidheaman stàilinn a choileanadh, gu h-àraidh ma thèid an stàladh ann an àiteachan far nach bi cumail suas tric.
Fiù 's aig na ruithean beaga seo, faodaidh cuid de phàirtean co-dhèanta a bhith cosg-èifeachdach air sgàth an nas lugha de shaothair a dh'fheumar airson saothrachadh. Mar eisimpleir, chosgadh cùis sgrolaidh airson an aonad Francis 2-MW $80,000 airson a thàthadh à stàilinn an taca ri $25,000 airson saothrachadh co-dhèanta. Ach, a’ gabhail ris gu bheil dealbhadh soirbheachail air ruitheadairean roth-uidheam, tha a’ chosgais airson na ruitheadairean co-dhèanta a mhúnladh nas àirde na co-phàirtean stàilinn co-ionann. Chosgadh an ruitheadair 2-MW timcheall air $23,000 airson a dhèanamh à stàilinn, an taca ri $27,000 bho cho-dhèanta. Faodaidh cosgaisean atharrachadh a rèir inneil. Agus bhiodh a’ chosgais airson phàirtean co-dhèanta a’ tuiteam gu mòr aig ruithean cinneasachaidh nas àirde nan gabhadh molltairean ath-chleachdadh.
Tha luchd-rannsachaidh air sgrùdadh a dhèanamh mu thràth air togail ruitheadairean roth-uidheam bho stuthan co-dhèanta.8 Ach, cha do bhruidhinn an sgrùdadh seo air bleith chuas agus comasachd togail. Is e an ath cheum airson roth-uidheaman co-dhèanta modail sgèile a dhealbhadh agus a thogail a leigeas le dearbhadh comasachd agus eaconamaidh saothrachaidh. Faodar an aonad seo a dhearbhadh an uairsin gus èifeachdas agus cleachdadh a dhearbhadh, a bharrachd air dòighean airson casg a chuir air cus bleith chuas.
Àm puist: 15 Gearran 2022
