トリボロジーは、相対的な動きの面を相互作用する科学と工学です。再生可能エネルギーのための基礎的な規準です。摩擦、摩耗、潤滑を管理することによって、トリボロジーは、直接、風力タービンと太陽エネルギーシステムの信頼性、効率、寿命を決定します。これらの分裂要因を最適化する世界が、単に有益ではありません。それは、コスト競争力のある持続可能な発電にとって不可欠です。

風力エネルギーシステムにおけるトライボロジー

風力タービンは、分裂機械です。ドライブトレイン、ピッチ、ヤウシステム、さらにはブレードエッジは、極端な環境条件下で一定の機械的ストレスに直面しています。これらのコンポーネントの摩擦と摩耗の理解と制御は、ダウンタイム、低レベルのエネルギー(LCOE)のコストを削減し、典型的な20年の設計ウィンドウを超えて運用寿命を延ばすことができます。

風力タービンの重要なトリボロジーコンポーネント

  • メインシャフトベアリング] - これらのサポートは、ロータと軸負荷、低速回転、および湿気や破片からの汚染に耐える必要があります。 早期ベアリング障害は、計画されていないタービンの発生の有意な原因です。
  • []ギアボックスギアとベアリング[ - ギアボックスは、回転速度を回転子から発電機に増加します。 ギア歯の摩耗、マイクロピット、スキャフ、およびベアリングの疲労は、多くの場合、不十分な潤滑または汚染によってトリガーされた、重要な故障モードです。
  • []ピッチとヤウシステム[] - ピッチベアリングは、ヤウ軸受が風にナセルを向き合っている間、ブレード角度を調整します。 どちらの経験振動運動、フレア、および過酷な気象曝露、特殊なグリースとシール設計が必要です。
  • ジェネレーターベアリング] - 発電機の高速ベアリングは、電気出力を最大化し、過熱を避けるために最小限の摩擦で動作しなければなりません。

風力タービンの潤滑戦略

高度な潤滑剤製剤は重要です。ギアボックス、合成ポリアルファオレフィン(PAO)油、慎重にバランスの取れた添加剤パッケージは、フィルム強度、熱安定性、および酸化への抵抗を提供します。ピッチおよびヤウ軸受のグリースは、振動の下で保持し、雨や雪から洗い流す抵抗しなければなりません。メーカーは、粒子の汚染や潤滑剤の劣化を検出する条件監視センサーを提供し、触媒分解を防ぐ積極的な油変化を可能にし、触媒の破壊を防ぐことができます。

最適化されたギアボックス潤滑が最大20%の摩擦損失を削減し、30%の油変化間隔を拡張し、運用コストを大幅に削減できるという特徴が、Tribology International[[]に公表された2021の研究。 ]]]:国立再生可能エネルギー研究所(NREL)は、次の世代のコーティングとドライブトレインコンポーネントの低摩擦面を開発するために、専用の分裂研究プログラムを持っています。

コーティングおよび表面工学

ダイヤモンドのようなカーボン(DLC)コーティング、窒化、およびレーザーのテクスチャーのような表面処理は摩耗に対抗するために配られます。ギヤ歯のDLCのコーティングは0.1の下で摩擦係数を減らし、マイクロピットを最小にします。専門化の反腐食のコーティングはオフショア タービンの水侵入から主要なシャフト軸受けを保護します、湿気および塩スプレーは低下を加速します。

オフショア対オナーショア風における挑戦

オフショア風力タービンは、より厳しい部族的課題に直面しています。より高い湿度、塩の腐食、メンテナンスのための限られたアクセス性。グリースは海水から洗濯を抵抗しなければなりません。シールシステムは、粒子の侵入を防ぐ必要があります。オフショア修理のコスト - 多くの場合、ジャックアップ容器やヘリコプターを必要とする - 信頼性のパラマウントを行います。トライボロジー研究は、自己潤滑材料と交換条件に適応するスマートシールに焦点を当てています、手動介入の必要性を減らす。

太陽エネルギーシステムにおけるトライボロジー

風力タービンよりも単純に太陽エネルギーシステムが出現しますが、摩擦や摩耗が性能を治すことができる多くの移動および静的なインターフェイスが含まれています。 2つの主要な技術カテゴリ - 太陽光発電(PV)と太陽光(CSP)を集中 - 異なる部族介入からの影響。

太陽光発電追跡システム

地上に取り付けられた太陽配列は、パネルを回転させる単軸またはデュアル軸の追跡者を使用して太陽に従うことが多いです。 これらのメカニズムは、スルードライブ、ワームギア、およびベアリングに依存しています。 不適切な潤滑は、トラッキング抵抗の増加、位置決めエラー、およびアクチュエータの故障を引き起こします。 研究は、わずか数度の誤差を追跡することで、エネルギー収量を1〜10%削減することができます。

  • - 極端な圧力添加剤を備えた合成グリースは、ワームギアをガリングや摩耗から保護します。 寿命潤滑設計はメンテナンスを削減します。
  • ] 軸受シール] - 迷路設計の封印された軸受けは、研磨剤がすぐに保護されていない圧延要素を破壊することができる、通路地域の塵侵入を防ぎます。

洗浄および自己洗浄の表面

汚れ - ほこり、花粉、鳥の落し、およびその他の破片の蓄積は、PVパネルの大きな性能要因です。砂漠環境では、土壌の損失は1日1%を超える可能性があります。粒子の付着を減らし、自己クリーニングを促進する三角膜は、研究の熱面積です。

集中的な太陽エネルギー(CSP)のTribology

CSP の植物は熱伝達液体を含んでいる受信機に日光を集中するのにミラーを使用します。 それらは極端な状態で作動する大規模の追跡のメカニズム、高温軸受けおよびポンプを組み込みます。

  • []Heliostat Bearings and Drives[ - ミラー(ヘリオスタット)の千と正確にオリエントする必要があります。 砂漠温度(フィールドの50°C +)を生き残る低トルクベアリングとグリース処方は不可欠です。
  • 高温潤滑[ - 蒸気または溶融塩ループは300〜550°Cで動作します。 慣習潤滑剤は、固体潤滑剤(グラファイト、モリブデンの硫化物)またはガス潤滑軸受がポンプおよびバルブで使用されます。
  • 受信機チューブの摩耗[ – 溶湯塩による熱循環と腐食により、受信機管で薄く進行性壁が引き起こし、効率性を低下させ、メンテナンスコストを上げます。

国立研究所CSPプログラム]の研究には、摩耗と腐食、潜在的に結合する成分寿命を抵抗する受信機の管のためのセラミックコーティングを開発する。

トリボロジーとサステナビリティメトリック

トリコロジーの改良は、エネルギー出力の増加、機器寿命の延ばし、材料消費の低減など、持続可能性の目標を3つのメカニズムで直接サポートします。

エネルギー効率の利益

風力タービンの摩擦損失は回転子からの発電機への総エネルギー損失の約10-20%のために考慮します。よりよい潤滑油および表面による摩擦を減らすことによって、これらの損失は半分によって切ることができます。新しいタービンか太陽電池パネルなしで付加的なメガワット時間に、変換する20年の植物の生命に。

延長ライフサイクルと廃棄物の削減

早期の交換、原材料を消費し、廃棄物を発生させる早期のコンポーネントの故障。 二重ベアリングまたはギア寿命が効果的にエンボディされたエネルギーとそれらのコンポーネントの炭素の足跡を捕捉するトリボロジーの改善。 オフショア風のために、タービンの寿命を1回訪問するだけで、主要なオーバーホールの頻度を減らすことは、サービス容器からCO2排出量の10万トンを回避することができます。

オペレーションコストを削減することで、より高速な導入が可能

風力と太陽光のオペレータは、長期にわたって確実に実行するために、機器を信頼することができます, 資金調達コストが低下. トライボロジーは、銀行力の可能性の隠れた有効化であります: 貸し手は、低故障率と予測可能なメンテナンススケジュールの証拠を必要とします. []]]]]IEAの再生可能エネルギーの2023レポート[] O&で進歩するノート;Mの効率 - 生物学を含む全体的なエネルギーの展開目標を達成するために重要な課題.

イノベーションと未来の方向性

スマートトライボロジーとデジタルツインズ

振動、温度、油状態を測定する組込みセンサーは標準になっています。デジタルツインモデルと組み合わせることで、ベアリングが故障した時や潤滑剤が交換が必要な時、反応から予測保守にシフトする時、オペレータは予測できます。部族データで訓練された機械学習アルゴリズムは、作業パラメータを最適化して摩耗を最小限に抑えることができます。

バイオベースおよび生分解性潤滑剤

環境規制、特にオフショア風のために、こぼれが少ない毒性のある潤滑剤を押します。植物油から派生するバイオベースのエステルは、熱安定性が課題を残しているが、良好な潤滑性と生分解性を提供します。 調査を継続して、高温ギアボックスアプリケーションのためにこれらの油を安定させることを目指しています。

添加剤製造されたTribologicalの部品

3Dプリンティングにより、ベアリング、シール、ギヤ部品の製造が可能で、内部冷却チャネルの最適化や潤滑性を高めるテクスチャー加工が可能です。特定の動作条件のカスタマイズは、従来の製造では不可能な摩擦低減を実現できます。

極限環境のための高度なコーティング

次世代コーティングは、保護部族を補充するためにスライドの下でリリースされたナノ粒子(例えば、MoS2、WS2)を組み込んでいます。 これらの適応コーティングは、自己治癒小面の損傷、風とCSPアプリケーションの両方でコンポーネントの寿命を劇的に拡張する可能性があります。

コンテンツ

トリボロジーは、再生可能エネルギーの周辺規準ではありません。それは、経済と環境の持続可能性のコア・アクセシビリティです。オフショア風力タービンのギアボックスから、ソーラーアレイの追跡メカニズムとセルフクリーニング面まで、あらゆる移動インターフェースは、摩擦を減らし、寿命を延ばし、コストを削減する機会を提供します。業界規模は、世界的な気候目標を達成するにつれて、トリボロジー研究およびアプリケーションへの投資は、エネルギー出力、材料効率、および運用力学的レジリエンスの化合物を支払わせることになります。研究機関は、組織の組織は、組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織の組織を優先的に進めています。