En tvåkanalig Twistact-enhet för en multimegawatt direktdriven vindturbinapplikation, designad vid Sandia National Laboratories. Kredit:Sandia National Laboratories
Motiverade av behovet av att eliminera dyra magneter av sällsynta jordartsmetaller i direktdrivna vindturbiner i bruksskala, utvecklade Sandia National Laboratories forskare en fundamentalt ny typ av roterande elektrisk kontakt. Sandia är nu redo att samarbeta med industrin för förnybar energi för att utveckla nästa generation av direktdrivna vindkraftverk.
Sandias Twistact-teknologi har ett nytt tillvägagångssätt för att överföra elektrisk ström mellan en stationär och roterande ram, eller mellan två roterande enheter med olika hastigheter eller rotationsriktning, idealiskt för användning i vindturbiner.
"Twistact uppstod genom att ställa oss själva några riktigt utmanande frågor", säger Jeff Koplow, Sandia-forskare och ingenjör. "Vi visste att det kunde förändra spelet om vi kunde hitta ett sätt att komma runt den begränsade livslängden för konventionella roterande elektriska kontakter."
"Jag började tänka att kanske inte alla tänkbara roterande elektriska kontaktarkitekturer har tänkts på ännu," sa Koplow. "Vi spenderade mycket tid på att fundera på om det fanns ett annat rimligt sätt."
Den resulterande innovationen, Twistact, använder en ren rullande kontaktanordning för att överföra elektrisk ström längs en väg med ultralågt motstånd. Tekniken visar sig vara fördelaktig för att sänka kostnaderna, förbättra hållbarheten och minska underhållet.
Eliminerar beroendet av sällsynta jordartsmetaller
De flesta av de nuvarande vindkraftverken i nyttoskala är beroende av sällsynta jordartsmetaller, sa Koplow. Dessa material har en hög initial kostnad och är känsliga för osäkerheter i leveranskedjan.
Under 2011 inträffade till exempel en kris i leveranskedjan för sällsynta jordartsmetaller som fick priset på neodym och dysprosium, de två sällsynta jordartsmetaller som ofta används för sådana magneter, att skjuta i höjden. Detta hade potential att blockera tillväxten för vindindustrin. Sandia-teamet började utveckla Twistact vid den tiden som en säkring för att skydda den växande vindindustrin från framtida störningar.
"När man väger in det faktum att sällsynta jordartsmetaller alltid har varit en bristvara, att deras gruvdrift är ökända för sin negativa miljöpåverkan och att konkurrerande applikationer som elfordon också ställer efterfrågan på sällsynta jordartsmetaller, värdet förslaget om Twistact blir tydligt", sa Koplow.
Grafisk illustration av grundprincipen för Twistact-operationen. Sandia National Laboratories är nu redo att samarbeta med industrin för förnybar energi för att överföra tekniken för att utveckla nästa generation av direktdrivna vindturbiner. Kredit:Sandia National Laboratories
Inga underhålls- eller utbyteskostnader
Dessutom hanterar Sandias Twistact-teknologi två fysiska nedbrytningsprocesser som är gemensamma för borst- eller släpringsenheter med högt underhåll – glidkontakt och elektrisk ljusbåge. Dessa begränsande faktorer minskar prestandan hos traditionella roterande elektriska kontakter och leder till korta livslängder och höga underhålls- eller utbyteskostnader.
Twistact, å andra sidan, har genom laboratorietester bevisats vara kapabel att fungera under hela 30-åriga drifttiden för en multimegawattturbin utan underhåll eller utbyte.
Andra potentiella tillämpningar för tekniken inkluderar synkronmotorer och generatorer, elektrifierade järnvägar och radartorn. Twistact kan också användas för att ersätta borst- eller släpringar i befintliga applikationer. + Utforska vidare
