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移动式长丝缠绕设备助力工业规模的波浪能发电设备制造(下篇)



移动式、大规模、自动化的长丝缠绕

决定采用复合材料进行设计后,下一个挑战便是探索能够建造大型圆形中空结构的制造工艺。据约翰森表示,事实证明,通过长丝缠绕制造比制造金属部件更具成本效益,且速度更快。CorPower海洋公司的目标是每个长丝缠绕单元能够在大约48小时内生产一个浮标,“在高速生产的同时能够高度精确地铺设纤维,是相当核心的一个技术要求,而我们可以通过长丝缠绕实现这一点。”
 
Autonational BV公司的市场和销售经理哈里-菲耶特解释说,典型的长丝缠绕设备通常会被永久地安装在工厂环境中。然而,考虑到浮标的尺寸,如果CorPower海洋公司将外壳从一个中央制造地点运到全球安装地点,运输成本和相关的二氧化碳排放量均会很高,因此该公司着手寻找一种制造工艺,使他们能够在部署地点附近的当地设施中快速生产浮标。菲耶特表示,市场上已经有一些移动式长丝缠绕设备,但其中许多系统也很难运输,而且价格昂贵。
 
移动式长丝缠绕设备助力工业规模的波浪能发电设备制造(下篇)
与AutonationalBV公司合作开发的定制长丝缠绕设备(图为Autonational公司在荷兰的工厂测试一个小规模的模型)能够缠绕四种材料、9米直径的船体,并能在设施之间轻松运输。
 
在与CorPower 海洋公司的合作中,Autonational公司的工程部门开发了自己的移动系统,长丝缠绕设备被固定于一个45英尺长底座上,该底座也是运输集装箱的下半部分。当需要运输时,整个收卷机可以旋转90度适配运输工具,然后在上面盖上盖子即可启程。菲耶特说,改装好的设备很容易通过船舶或卡车运输到生产浮标的海岸线现场,然后在两天或更短的时间内安装完毕。挑战在于如何兼顾丝缠绕系统的坚固实用性及其轻便可移动性。据我所知,这是前所未有的尝试。"
 
长丝缠绕设备本身包括一个自动运载系统,用于将纤维放到一个10米长、9米直径的心轴上。菲耶特认为,通常情况下,除非浮标的直径特别大,一般只需要1-3米的直径。除了用粗纱和织物进行湿式卷绕外,该系统还能喷涂切碎的玻璃纤维和绝缘泡沫。泡沫可以喷涂在预先缠绕的内皮上,然后加工成形状并再次用材料缠绕外皮。
 
鉴于该设备的尺寸,必须安装特殊的、提供便利的附件,如操作员的台阶,以及安装在输送工具、树脂浸渍系统、料筒和托架上的五个摄像头,操作员能够同时看到机器的所有部分。除此之外,编码器式和感应式的传感器,也被嵌入以控制树脂温度。该长丝缠绕机还具有一个可拆卸的尾翼,能方便拆卸内部零件。

移动式长丝缠绕设备助力工业规模的波浪能发电设备制造(下篇)
图中,缠绕设备由卡车运至CorPower 海洋公司位于葡萄牙的移动工厂,建造第一个全尺寸原型。最终,CorPower海洋公司计划同时安装和运行几个移动式缠绕设备,可快速生产具有数千台机组的波浪能转换器场
 
菲耶特说,缠绕设备的开发涉及Autonational和CorPower海洋公司之间的大量沟通。Autonational公司在研究机器的同时,CorPower海洋公司也在研究他们的原型设计,所以随着他们设计的发展,同时也增加了新的功能。
 
Autonational公司不仅仅是一个设备供应商;他们在很大程度上是CorPower海洋公司的技术指导,帮助和指导我们采用不同的技术解决方案,实现这个工作量非常庞大的设备制造。约翰森说:"对我们来说,让它成为非常灵活的机器,能够适应我们可能有的任何新材料或设计变化,也很重要。”
 



HiWave-5。向商业化迈进的下一步

在Autonational的工厂对机器进行验证后,最后的缠绕设备通过卡车运到葡萄牙Viana doCastelo的一个临时生产设施,用于HiWave-5项目。HiWave-5示范项目于2018年开始,旨在建造、干测试、认证和海洋测试全尺寸的水电机组。目前,CorPower海洋公司正处于五个阶段项目的第四阶段,目标是对C4原型进行海洋测试。在第五阶段,将在2023年之前建造并部署另外三个全尺寸的水电机组,称为C5。
 
移动式长丝缠绕设备助力工业规模的波浪能发电设备制造(下篇)
第一个移动工厂。CorPower 海洋公司在葡萄牙北部建造了这个临时生产设施。在这里,波浪能转换器的外壳被制造出来,其余的部件被组装起来,波浪能转换器已经准备好在附近的海岸部署
 
在这里,波浪能转换器的外壳被制造出来,其余的部件被组装起来,波浪能转换器已经准备好在附近的海岸部署。例如,在与船体集成和在海洋中安装之前,浮标的内部传动系统在CorPower海洋公司的瑞典设施中进行测试和稳定,该测试平台模拟了最坏情况,即风暴条件下的波浪负载。
 
对于HiWave-5,CorPower 海洋公司已经在葡萄牙北部的Vianado Castelo商业港口投资建设了一个陆上设施,用于复合船体缠绕的移动工厂单元,以及水电系统的最终装配和维护。                                                                                                                     




与近海风能共存

最终,CorPower海洋公司的波浪能转换器是为安装在由数百甚至数千台机组组成的近海区域而设计的,并且可以与海上风电场共处一地。约翰森指出,"将我们的技术与其他形式的可再生能源结合起来使用,可以减少联合发电区域电力输出基础设施有关的成本,当然,这种结合也将减少了电力生产的变异性,为近海区域主提供更有价值的产品,帮助其平稳过渡到完全脱碳的能源系统"。据CorPower海洋公司称,其波浪能转换器设备每公吨可提供比竞争性波浪能技术多五倍的能量输出,使波浪能达到与海上风力相似的结构效率水平。
 
移动式长丝缠绕设备助力工业规模的波浪能发电设备制造(下篇)
结合可再生能源。该模拟演示了CorPower 海洋公司在海上风电场附近部署风能发电站的想法,减少基础设施成本并补充风能。
 
在HiWave-5项目成功完成后,CorPower 海洋公司计划在2025年安装其第一个由15-30台机组组成的商业波浪转换器场。CorPower海洋公司将以此为支点,不断扩大场的规模,并开始在全球范围内安装浮标系统,建立像目前在葡萄牙设立的移动工厂,进行现场制造和组装。"约翰森说:"我们可以将它装在三个集装箱里,然后运往世界上任何地方。这就是为什么我们与Autonational公司一起开发了这台移动式机器。”"我们在现场制作船体,然后整合传动系统和其他内部机械部件,在缠绕设备被转移到下一个客户现场时,我们已经准备好部署它。"
 
除了商业安装,CorPower 海洋公司还旨在降低成本,目标是每兆瓦时的平准化能源成本(LCOE)低于40欧元。随着技术的发展,约翰森预计他们也将能够进一步优化材料、设计和工艺,以提高设备的效率。
 
Verdeguer补充说:"我们的最终目标是,我们的技术将补充风能和太阳能,为世界实现100%可再生能源系统提供最低成本和最可靠的途径"。


(完)

本文由中国复合材料工业协会编译,文章不用于商业目的,仅供行业人士交流。转载请注明来自中国复合材料工业协会。


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