Tribology - המדע וההנדסה של פני השטח אינטראקציה בתנועה יחסית - היא משמעת בסיסית לאנרגיה מתחדשת.על ידי ניהול חיכוך, ללבוש, סיכה, tribology קובע ישירות את האמינות, יעילות, ותוחלת החיים של טורבינות רוח ומערכות אנרגיה סולארית. כמו העולם גזעים כדי decarbonize, אופטימיזציה של גורמים משולשים אלה אינה רק מועילה; חיוני עבור עלות תחרותית, כוח בר קיימא.

Tribology in Wind Energy Systems

טורבינות הרוח הן מכונות טריבולוגיות.המניעים שלהן, מערכות המגרש והחבוב, ואפילו קצהי להב עומדים בפני מתח מכני קבוע בתנאים סביבתיים קיצוניים.הבנתם ושליטה בחיכוך ובלבושים אלה יכולים להפחית את הזמן, את העלות הנמוכה יותר של אנרגיה (LCOE), ולהרחיב את החיים התפעוליים מעבר לחלון העיצוב האופייני של 20 שנה.

התאמות חיוניות ב- Wind Turbines

  • (ב) [העיקר] שפט דובינגס 1 [ה]: אלה תומכים בטור וחייבים לסבול עומסים קסומים ואקיליים גבוהים, סיבוב מהיר נמוך, וזיהום לחות והריסות.
  • (FLT:0)Gearbox Gears ו- BearingsveFLT:1) - Gearboxes להגדיל את המהירות הרוטאלית מן הרוטב לנגנר. Gear שן ללבוש, micropitting, מתפתל, ועייפות הנושאת הם מצבי כישלונות קריטיים, לעתים קרובות מופעל על ידי סיכה לקויה או זיהום.
  • (ב) ויקרא י': ויקרא י' ו'ו-ה' (ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) ג'נרטור בירד (BelingsFLT:1) - נושאים מהירים בגנרטור חייבים לפעול עם חיכוך מינימלי כדי למקסם את התפוקה החשמלית ולהימנע מהתחממות יתר.

אסטרטגיות ל- Wind Turbines

ניסוחים מתקדמים של lubricant הם קריטיים.עבור אריזות הילוכים, שמן פוליאלפאולפי סינתטי (PAO) עם חבילות תוספת מאוזנות בקפידה לספק כוח סרט, יציבות תרמית, והתנגדות לחמצן. Greases עבור המגרש ו- Yaw ערכות חייב להישאר במקום תחת רטט והתנגדות לשטוף יזום מגשם ומצטברות.

מחקר שנערך בשנת 2021 שפורסם ב-FLT:0.Tribology International EvolutionFLT:1 מצא כי אופטימיזציה של תיבת הילוכים יכול להפחית את אובדן החיכוך עד 20% ולהרחיב מרווחי שינוי הנפט ב-30%, להפחית משמעותית את עלויות התפעוליות.FLT:2 המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL) יש תוכניות מחקר טריבולוגיה ייעודיות FLT 3, לפתח ציפויים הבאים ושפל של רכיבים של סוללות.

עקבו אחרי Surface Engineering

טיפולים Surface כגון פחמן דמוי יהלום (DLC) ציפויים, nitriding, וטקסט לייזר טקסט הם להיות פרוס להילחם ללבוש. DLC ציפויים על שיני הילוכים להפחית מחסנים עד למטה ולהפחית micropitting. מיוחד אנטי קורוזיה ציפוי מגן על קווית הראשי מים בטורפות בחו"ל, שבו לחות ומלח מאיץ השפלה.

אתגרים ב Offshore לעומת Onshore Wind

טורבינות רוח Offshore להתמודד עם אתגרים טריביולוגיים חמורים יותר: לחות גבוהה יותר, קורוזיה מלח, וגישה מוגבלת לתחזוקה. Greases חייב לעמוד לשטוף מים ים, בעוד מערכות חותם חייבות למנוע חלקיקים בתוקפנות.העלות של תיקון offshore - לעתים קרובות דורש כלי ג'קאפ או מסוקים - עושה אמינות רבת ערך.

Tribology במערכות אנרגיה סולארית

מערכות אנרגיה סולארית נראות פשוטות יותר מאשר טורבינות רוח, אבל הן מכילות ממשקים נעים ו סטטיים רבים שבהם החיכוך והלבוש יכולים לרפא ביצועים קצרים. שתי קטגוריות טכנולוגיה עיקריות - פוטו-וולטאי (PV) וריכוז כוח סולארי (CSP) - ראויים להתערבויות טריבולוגיות שונות.

מערכות מעקב Photovoltaic Tracking

מערכי השמש המוערכים לעתים קרובות משתמשים ב-one-axis או עוקבי דואל-אקסי שסובבים לוחות לעקוב אחר השמש.מנגנונים אלה מסתמכים על כוננים, תולעים, ונושאים. ⁇ אימפולסיבי מוביל להעלאת התנגדות המעקב, שגיאות מיקום, וכישלונות אקטוטור מראים כי מעקב שגיאות של רק כמה מעלות יכול להפחית את האנרגיה ב 5–10% מעל שנה.

  • (FLT:0)Gearbox LubricationFLT:1 - משככי סינתטיים עם תוספים מדכאים קיצוניים להגן על הילוך תולעים מעיצובים שופעים ולבוש.
  • (ב) [ה]ב"ה]: [ה], [ה], [ה], [ה], [ה],] [הדברים] המוסממים עם עיצובים של מבוך מונעים אבק בתוקפנות באזורים עקרים, שם חלקיקים חודרניים יכולים להרוס במהירות אלמנטים מתגלגלים לא מוגנים.

ניקוי ומשטחים עצמיים

שמנת יתר - הצטברות של אבק, אבק, אבקה, צפי ציפורים, והריסות אחרות - היא גורם ביצועים גדול עבור לוחות PV. בסביבות המדבר, הפסדים הקרקע יכול לעלות על 1% ביום. ציפויים טריבולוגיים אשר להפחית את דבקות חלקיקים ולקדם ניקוי עצמי הם אזור חם של מחקר.

  • (ב) ,0) ,Hydrophobic Coatings FIRLT:1 ; אלה גורמים מים להיות מעודנים ולהימלט, לשאת עמם עפר.
  • (FLT:0) Hydrophilic Betaingsph:1 ; אלה להפיץ מים לתוך סרט דק כי לשטוף מחוץ contaminants. Titanium דו-חמצני ציפויים מציעים גם תכונות פוטו-קטליטיות מנקה עצמית.
  • (ב) [15] ,[דרוש מקור] ב[[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]

ריכוז כוח השמש (CSP) Tribology

צמחי CSP משתמשים במראות כדי לרכז את השמש על מקלט המכיל נוזל להעברה חום.הם משלבים מנגנונים למעקב בקנה מידה גדול, נושאים עתירי רוח גבוהים, ומשאבות הפועלות בתנאים קיצוניים.

  • (FLT:0) Heliostat Bearings and DrivessveFLT:1) - אלפי מראות (heliostats) חייבים להיות גמישים בדיוק. Low-torque נושאים ונוסחאות מחוסנות ששרדו טמפרטורות מדבר (50 מעלות צלזיוס+ בשדה) הם חיוניים.
  • (FLT:0) High-Temperature LubricationFreaLT:1) - לולאות מלח אדים או מלוטטן לפעול 300-550 מעלות צלזיוס. lubricants להיכשל, כל כך שופעים מוצקים (graphite, molybdenum disulfide) או מסיכות גז מנוצלים במשאבות ושסתום.
  • (ב) [ה]ב[[1924]]]], [[1924]]]]]] ו[[1924]]]], [[1924]]]]]] ו[[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]] ו[[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]

מחקר ב-FLT:0 סנאטוריה National Laboratories CSPibFLT ( 1:1) כולל פיתוח ציפויים קרמיקה עבור צינורות מקלט המתנגדים הן ללבוש והן לקורוזיון, פוטנציאל להכפיל את חיי הרכיב.

טריבולוגיה וקיימות

שיפור הטריבולוגיה תומך ישירות במטרות קיימות באמצעות שלושה מנגנונים: ייצור אנרגיה מוגברת, חיי ציוד ארוכים יותר, וצריכת חומרים מופחתת.

אנרגיה מתחדשת

אובדן פריצה בתיבת הילוכים של טורבינות רוח מהווה כ -10-20% מכלל אובדן האנרגיה מרוטטור ל גנרטור.על ידי צמצום החיכוך דרך סיכה טובה יותר ומשטחים, הפסדים אלה ניתן לקצץ בחצי.ב חיי צמח של 20 שנה, המתורגמים למגוואט נוסף שעות ללא טורבינות חדשות או פאנלים סולאריים.

מחזור חיים מורחב וצמצום הפסולת

כוחות כישלונות של רכיב טרום בוגר מחליפים מוקדם, צריכת חומרי גלם ומייצרים פסולת. שיפורים טריבולוגיים כי הכפלת או חיי הציוד למעשה שאיפת האנרגיה המוטבעת וטביעת הפחמן של רכיבים אלה.עבור רוח offshore, הפחתת תדירות של יתרות גדולות על ידי ביקור אחד בלבד על חיי הטורבינות יכול למנוע עשרות אלפי טונות של פליטות CO2 של כלי חשמל.

עלויות תפעול נמוכות יותר מאפשרות Deployment מהירה יותר

כאשר רוח ומפעילי שמש יכולים לסמוך על הציוד שלהם כדי לפעול באופן אמין במשך תקופות ארוכות, עלויות מימון יורדות. טריבולוגיה היא מאפשרת חבויה של אחריות בנקאית: מלווים דורשים ראיות של שיעורי כשלון נמוכים ולוח הזמנים של תחזוקה צפויה.ה-FLT:0IEA's Renewables 2023 דוחFLT:1 ⁇ מציין כי התקדמות ב O&M יעילות - כולל 3bology - הם קריטי להשגת מטרות אנרגיה מתחדשת.

חידושים וכיוונים עתידיים

גנטיקה חכמה ותיאומים דיגיטליים

חיישנים Embedded המדידה את הרטט, הטמפרטורה ומצב הנפט הופכים לסטנדרטיים. בשילוב עם מודלים תאום דיגיטלי, מפעילי יכולים לחזות מתי נושאה להיכשל או כאשר סיכה צריכה החלפת - שינוי מהפעלה מחדש לתחזוקה חיזויית. אלגוריתמי למידת מכונה מאומן על נתונים תלת-חמצני יכולים לייעל פרמטרים תפעוליים כדי למזער את הלבוש.

Bio-based ו- Biodegradable Lubricants

תקנות סביבתיות, במיוחד עבור רוח offshore, לדחוף עבור lubricants כי הם פחות רעילים אם שפך. esters מבוסס ביולוגית נגזר שמן צמחי מציעים שפע טוב biodegradability, למרות יציבות תרמית נשאר אתגר. [+] מחקר מתמשך שואפת לייצב שמנים אלה עבור יישומים עתירי הילוכים.

המונחים: abactive Components

הדפסה תלת-ממדית מאפשרת ייצור של נושאים, חותמות וחלקי ציוד עם ערוצי קירור פנימיים אופטימיזציה או משטחים מרקמים שמשפרים את ההשראה.התאמה לתנאי הפעלה ספציפיים יכולה להשיג הפחתה של חיכוך לא אפשרי עם ייצור קונבנציונלי.

התאמות מתקדמות לסביבה קיצונית

ציפויי הדור הבא משלבים חלקיקים (למשל, MoS2, WS2) אשר משחררים תחת ריצוף כדי לחדש משולש הגנה. ציפויים הסתגלות אלה יכולים לפגוע על פני השטח הקטן העצמי, מרחיבים באופן דרמטי את חיי הרכיב בשני יישומי הרוח ו- CSP.

מסקנה

טריבולוגיה אינה משמעת היקפית לאנרגיה מתחדשת – היא מאפשרת ליבה של קיימות כלכלית וסביבתית.מתיבת הילוכים של טורבינות רוח offshore למנגנוני המעקב ומשטחי ניקוי עצמי של מערך סולארי, כל ממשק נע מציג הזדמנות להפחית חיכוך, להאריך את החיים, ועלויות נמוכות יותר. כמו בקנה מידה התעשייה כדי לעמוד ביעדים גלובליים, השקעות טרילוגיות ביישום ויישום יקפידמן באמת, דיבידנדים אנרגיה, ומגבילים, הם באמת, חומרים מתקדמים.