Il-materjali komposti qed jagħmlu progress fil-kostruzzjoni ta’ tagħmir għall-industrija tal-enerġija idroelettrika. Investigazzjoni dwar is-saħħa tal-materjal u kriterji oħra tiżvela ħafna aktar applikazzjonijiet, partikolarment għal unitajiet żgħar u mikro.
Dan l-artiklu ġie evalwat u editjat skont ir-reviżjonijiet imwettqa minn żewġ professjonisti jew aktar li għandhom kompetenza rilevanti. Dawn ir-reviżuri bejn il-pari jiġġudikaw il-manuskritti għall-eżattezza teknika, l-utilità, u l-importanza ġenerali fl-industrija idroelettrika.
Iż-żieda ta' materjali ġodda tipprovdi opportunitajiet eċċitanti għall-industrija idroelettrika. L-injam — użat fir-roti tal-ilma u l-kondotti tal-ilma oriġinali — ġie sostitwit parzjalment minn komponenti tal-azzar fil-bidu tas-seklu 19. L-azzar iżomm is-saħħa tiegħu permezz ta' tagħbija għolja ta' għeja u jirreżisti l-erożjoni u l-korrużjoni tal-kavitazzjoni. Il-proprjetajiet tiegħu huma mifhuma sew u l-proċessi għall-manifattura tal-komponenti huma żviluppati sew. Għal unitajiet kbar, l-azzar x'aktarx jibqa' l-materjal preferut.
Madankollu, minħabba ż-żieda fit-turbini żgħar (taħt l-10 MW) sa turbini ta’ daqs mikro (taħt il-100 kW), il-kompożiti jistgħu jintużaw biex jiffrankaw il-piż u jnaqqsu l-ispejjeż tal-manifattura u l-impatt ambjentali. Dan huwa speċjalment rilevanti minħabba l-ħtieġa kontinwa għat-tkabbir fil-provvista tal-elettriku. Il-kapaċità idroelettrika installata fid-dinja, kważi 800,000 MW skont studju tal-2009 minn Norwegian Renewable Energy Partners, hija biss 10% tal-idroenerġija ekonomikament fattibbli u 6% tal-idroenerġija teknikament fattibbli. Il-potenzjal li aktar idroelettrika teknikament fattibbli tinġieb fil-qasam tal-ekonomikament fattibbli jiżdied bil-kapaċità tal-komponenti komposti li jipprovdu ekonomija ta’ skala.
Manifattura ta' komponenti komposti
Biex il-penstock jiġi manifatturat ekonomikament u b'saħħa għolja konsistenti, l-aħjar metodu huwa l-istralċ tal-filament. Mandrin kbir huwa mgeżwer b'tows ta' fibra li jkunu għaddew minn banju tar-reżina. It-tows huma mgeżwra f'mudelli ta' ċrieki u spirali biex joħolqu saħħa għall-pressjoni interna, it-tgħawwiġ lonġitudinali u l-immaniġġjar. It-taqsima tar-riżultati hawn taħt turi l-ispiża u l-piż għal kull pied għaż-żewġ daqsijiet tal-penstock, ibbażati fuq kwotazzjoni mingħand fornituri lokali. Il-kwotazzjoni wriet li l-ħxuna tad-disinn kienet immexxija mir-rekwiżiti tal-installazzjoni u l-immaniġġjar, aktar milli mit-tagħbija ta' pressjoni relattivament baxxa, u għat-tnejn kienet ta' 2.28 ċm.
Żewġ metodi ta' manifattura ġew ikkunsidrati għall-wicket gates u l-stay vanes; tqassim bl-imxarrab u infużjoni bil-vakwu. It-tqassim bl-imxarrab juża drapp niexef, li jiġi mimli billi titferra' r-reżina fuq id-drapp u jintużaw rombli biex ir-reżina tiġi mbuttata fid-drapp. Dan il-proċess mhuwiex nadif daqs l-infużjoni bil-vakwu u mhux dejjem jipproduċi l-aktar struttura ottimizzata f'termini ta' proporzjon ta' fibra mar-reżina, iżda jieħu inqas ħin mill-proċess ta' infużjoni bil-vakwu. L-infużjoni bil-vakwu tpoġġi l-fibra niexfa fl-orjentazzjonijiet korretti, u l-munzell niexef imbagħad jiġi ppakkjat f'boroż bil-vakwu u jitwaħħlu fittings żejda li jwasslu għal provvista ta' reżina, li tinġibed fil-parti meta jiġi applikat il-vakwu. Il-vakwu jgħin biex iżomm l-ammont ta' reżina f'livell ottimali u jnaqqas ir-rilaxx ta' sustanzi organiċi volatili.
Il-kaxxa tal-iscroll se tuża tqassim bl-idejn f'żewġ nofsijiet separati fuq moffa maskili biex tiżgura wiċċ intern lixx. Dawn iż-żewġ nofsijiet imbagħad se jingħaqdu flimkien b'fibra miżjuda man-naħa ta' barra fil-punt tat-twaħħil biex tiżgura saħħa adegwata. It-tagħbija tal-pressjoni fil-kaxxa tal-iscroll ma teħtieġx kompost avvanzat ta' saħħa għolja, għalhekk tqassim imxarrab ta' drapp tal-fibreglass b'reżina epossidika se jkun biżżejjed. Il-ħxuna tal-kaxxa tal-iscroll kienet ibbażata fuq l-istess parametru tad-disinn bħall-penstock. L-unità ta' 250 kW hija magna tal-fluss assjali, għalhekk m'hemm l-ebda kaxxa tal-iscroll.
Runner tat-turbina jikkombina ġeometrija kumplessa ma' rekwiżiti ta' tagħbija għolja. Xogħol reċenti wera li komponenti strutturali ta' saħħa għolja jistgħu jiġu manifatturati minn SMC prepreg imqatta' b'saħħa u ebusija eċċellenti.5 Id-driegħ tas-sospensjoni tal-Lamborghini Gallardo ġie ddisinjat bl-użu ta' saffi multipli ta' SMC prepreg imqatta' magħruf bħala kompost falsifikat, iffurmat bil-kompressjoni biex jipproduċi l-ħxuna meħtieġa. L-istess metodu jista' jiġi applikat għar-runners Francis u tal-propeller. Ir-runner Francis ma jistax isir bħala unità waħda, peress li l-kumplessità tas-sovrappożizzjoni tax-xafra tipprevjeni li l-parti tiġi estratta mill-moffa. Għalhekk, ix-xfafar tar-runner, il-kuruna u l-istrixxa huma manifatturati separatament u mbagħad magħqudin flimkien u msaħħa bil-boltijiet minn barra l-kuruna u l-istrixxa.
Filwaqt li t-tubu tal-abbozz huwa mmanifatturat l-aktar faċilment bl-użu tal-filament istralċ, dan il-proċess ma ġiex kummerċjalizzat bl-użu ta' fibri naturali. Għalhekk, intgħażel it-tqassim bl-idejn, peress li dan huwa l-metodu standard ta' manifattura, minkejja l-ispejjeż ogħla tax-xogħol. Bl-użu ta' moffa maskili simili għal mandrin, it-tqassim jista' jitlesta bil-moffa orizzontali u mbagħad imdawwar vertikalment biex tinxef, u b'hekk jiġi evitat li l-partijiet komposti jiċċaqalqu fuq naħa waħda. Il-piż tal-partijiet komposti jvarja xi ftit skont l-ammont ta' reżina fil-parti lesta. Dawn in-numri huma bbażati fuq 50% piż tal-fibra.
Il-piżijiet totali għat-turbina tal-azzar u komposta ta' 2 MW huma 9,888 kg u 7,016 kg, rispettivament. It-turbini tal-azzar u komposti ta' 250 kW huma 3,734 kg u 1,927 kg, rispettivament. It-totali jassumu 20 wicket gates għal kull turbina u tul tal-penstock ugwali għar-ras tat-turbina. X'aktarx li l-penstock ikun itwal u jeħtieġ fittings, iżda dan in-numru jagħti stima bażika tal-piż tal-unità u l-periferali assoċjati. Il-ġeneratur, il-boltijiet u l-ħardwer li jattiva l-gate mhumiex inklużi u huma preżunti li huma simili bejn l-unitajiet komposti u tal-azzar. Ta' min jinnota wkoll li d-disinn mill-ġdid tar-runner meħtieġ biex jitqiesu l-konċentrazzjonijiet ta' stress li jidhru fl-FEA jżid il-piż mal-unitajiet komposti, iżda l-ammont huwa preżunt li huwa minimu, fl-ordni ta' 5 kg biex jissaħħu l-punti b'konċentrazzjoni ta' stress.
Bil-piżijiet mogħtija, it-turbina komposta ta’ 2 MW u l-penstock tagħha jistgħu jittellgħu mill-V-22 Osprey veloċi, filwaqt li l-magna tal-azzar tkun teħtieġ ħelikopter Chinook b’żewġ rotor aktar bil-mod u inqas manuvrabbli. Barra minn hekk, it-turbina komposta ta’ 2 MW u l-penstock jistgħu jiġu rmunkati minn F-250 4×4, filwaqt li l-unità tal-azzar tkun teħtieġ trakk akbar li jkun diffiċli biex jiġi manuvrat fuq toroq tal-foresti jekk l-installazzjoni tkun remota.
Konklużjonijiet
Huwa fattibbli li jinbnew turbini minn materjali komposti, u deher tnaqqis fil-piż ta' 50% sa 70% meta mqabbel mal-komponenti konvenzjonali tal-azzar. Il-piż imnaqqas jista' jippermetti li t-turbini komposti jiġu installati f'postijiet remoti. Barra minn hekk, l-assemblaġġ ta' dawn l-istrutturi komposti ma jeħtieġx tagħmir tal-iwweldjar. Il-komponenti jeħtieġu wkoll inqas partijiet biex jiġu mwaħħlin flimkien, peress li kull biċċa tista' ssir f'sezzjoni waħda jew tnejn. Fil-produzzjoni żgħira mmudellata f'dan l-istudju, l-ispiża tal-forom u għodda oħra tiddomina l-ispiża tal-komponent.
Il-produzzjonijiet żgħar indikati hawn juru kemm ikun jiswa biex tinbeda aktar riċerka dwar dawn il-materjali. Din ir-riċerka tista' tindirizza l-erożjoni tal-kavitazzjoni u l-protezzjoni UV tal-komponenti wara l-installazzjoni. Jista' jkun possibbli li jintużaw kisi elastomeriku jew taċ-ċeramika biex titnaqqas il-kavitazzjoni jew jiġi żgurat li t-turbina taħdem fir-reġimi tal-fluss u l-għoli tal-pressjoni li jipprevjenu milli sseħħ il-kavitazzjoni. Se jkun importanti li dawn u kwistjonijiet oħra jiġu ttestjati u solvuti biex jiġi żgurat li l-unitajiet ikunu jistgħu jiksbu affidabbiltà simili għat-turbini tal-azzar, speċjalment jekk se jiġu installati f'żoni fejn il-manutenzjoni mhux se tkun frekwenti.
Anke f'dawn il-kwantitàjiet żgħar, xi komponenti komposti jistgħu jkunu kosteffettivi minħabba t-tnaqqis fix-xogħol meħtieġ għall-manifattura. Pereżempju, kaxxa tal-iscroll għall-unità Francis ta' 2-MW tiswa $80,000 biex tiġi wweldjata mill-azzar meta mqabbla ma' $25,000 għall-manifattura tal-kompost. Madankollu, jekk nassumu disinn ta' suċċess tar-runners tat-turbini, l-ispiża għall-iffurmar tar-runners komposti hija aktar minn komponenti tal-azzar ekwivalenti. Ir-runner ta' 2-MW jiswa madwar $23,000 biex jiġi manifatturat mill-azzar, meta mqabbel ma' $27,000 mill-kompost. L-ispejjeż jistgħu jvarjaw skont il-magna. U l-ispiża għall-komponenti komposti tonqos konsiderevolment f'kwantitàjiet ta' produzzjoni ogħla jekk il-forom ikunu jistgħu jerġgħu jintużaw.
Ir-riċerkaturi diġà investigaw il-kostruzzjoni ta’ turbini minn materjali komposti.8 Madankollu, dan l-istudju ma indirizzax l-erożjoni tal-kavitazzjoni u l-fattibbiltà tal-kostruzzjoni. Il-pass li jmiss għat-turbini komposti huwa li jiġi ddisinjat u mibni mudell fuq skala li jippermetti prova tal-fattibbiltà u l-ekonomija tal-manifattura. Din l-unità mbagħad tista’ tiġi ttestjata biex jiġu ddeterminati l-effiċjenza u l-applikabbiltà, kif ukoll metodi għall-prevenzjoni tal-erożjoni żejda tal-kavitazzjoni.
Ħin tal-posta: 15 ta' Frar 2022
