風力タービンブレードを落雷から保護するシステム (Lightning No Match for Wind Turbine Blade Protection System)

ad
ad

2021-08-02 アメリカ合衆国・国立再生可能エネルギー研究所(NREL)

・ NREL、General Electric(GE)および LM Wind Power(GM の子会社)が、熱可塑性樹脂複合材で作製した風力タービンブレードを落雷から保護するシステムを開発。
・ NREL が開発した革新的な熱溶接プロセス(特許出願済み)による熱可塑性樹脂ブレードでは、ブレードコンポーネントの接着剤が不要となるため、重量の付加や亀裂の可能性を回避できる。また、製造にかかる時間とコストが低減され、プラスチックボトルのようなリサイクルも可能。
・ 従来型の風力タービンブレードには落雷保護システムが装備されているが、NREL の熱可塑性樹脂ブレードでは、ボンド部の金属製発熱素子が落雷を引き寄せる原因となっている。
・ このボンド部の発熱素子は、個別に成型した 2 個のブレードコンポーネントを熱溶接するためにコンポーネント間に挟むエキスパンドメタルフォイルやカーボンファイバー等の導電材料で、溶接後ブレード内に残存する。
・ NREL、GE および LM Wind Power は 、2019 年に米国エネルギー省(DOE)の Technology Commercialization Fund(TCF)より 15 万ドルを受領(GE が同額を提供)し、NREL の Composites
Manufactruing Education and Technology(CoMET)施設に工場を設け、熱溶接プロセスによる熱可塑性樹脂製ブレードの落雷保護システムを実証した。
・ 同保護システムでは、ブレードの表面に追加したエキスバンドアルミニウムフォイル層が落雷の電流を金属発熱素子から逃がしてブレードを保護する。ブレードを高電流をさらす損傷試験では、電流の約 80%がフォイルへと流れ、ブレードチップの損傷した部分の真下のカーボンファイバーにも影響のないことを確認した。
・ 次には熱溶接ブレードボンド部とブレードチップ部分の構造調査を実施予定。NREL の熱溶接プロセスの商業化を目指す。
URL: https://www.nrel.gov/news/program/2021/lightning-protection-wind-turbine-blades.html

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Wind Engineering 掲載論文(フルテキスト)
Validation of a lightning protection system for a fusion-welded thermoplastic composite wind turbine
blade tip
URL: https://journals.sagepub.com/eprint/QURU3IQ3TCJV45JF3YPW/full

Fusion welding for thermoplastic composite wind turbine blades is being investigated as a replacement for adhesives in bond lines to reduce manufacturing time and cost and to promote ease of recyclability. Resistance welding uses an electrically conductive material, such as carbon fiber, embedded in the bond line to heat the joining surfaces and fuse them together under pressure. One main challenge with fusion joining for large wind blades is the ability to use this conductive heating element in the bond line while still protecting the blade from the catastrophic effects of a lightning strike. This paper outlines the design and manufacturing of a lightning protection system for a 5-m-long thermally welded blade tip. The outcomes of high voltage and high current lightning testing applied to the 5 m blade tip show that the proposed design was able to protect the fusion welded bond lines from significant lightning damage.

タイトルとURLをコピーしました