新的现场制造过程使得更高的风力涡轮机更加可行

用Keystone塔系统螺旋锥形焊接工艺构建的涡轮机模型。礼貌的基石塔系统

麻省理工学院工程师开发了一种新的制造系统，适应传统的管道技术，使风力涡轮机能够在风电场，更高的塔楼更加经济上可行。

全球的风力涡轮机正在逐步捕获从更大的高度吹的更强的风中的更多能量。

但它并不容易，或有时甚至经济上可行的，建立高塔，在塔式直径和建筑所涉及的费用上的运输限制。

现在Keystone Tower Systems - 由Eric Smith'01，SM '07，Rosalind Takata '00，SM '06和Alexander Slocum的Pappalardo Mit教授 - 正在开发一种适应传统管道的新型系统制造技术在风电场发出风力涡轮机，在风电场，使塔楼更高的经济可行。

Keystone的系统是一种改进螺旋焊接，这是几十年来制造大型管道的过程。在该过程中，钢板被送入机器的一侧，在那里它们连续地卷成螺旋形，而它们的边缘焊接在一起以形成管道 - 样式纸质毛巾管。

由史密斯，塔塔和斜坡开发 - 与一支工程师一起，包括Daniel Bridgers SM '12和DAN AINGE '12 - Keystone的系统，使钢卷逐渐变细，厚度不同，以产生锥形塔。该系统高度自动化 - 使用传统建筑的十分之一 - 并使用钢制制作整个塔，而不是混凝土。“这使得构建更高的塔楼更具成本效益，”Keystone的首席执行官史密斯说。

史密斯说，随着Keystone的现场制造，制造商可以制造达到400英尺以上的塔楼。史密斯说，风高度可以高达50％，而且，树木没有被树木挡住。例如，460英尺的塔可以增加10％至5​​0％的能量捕获，而与今天更常见的260英尺的塔相比。

“那就是依赖的网站，”史密斯补充道。“如果你去了中西部的某个地方有开放的平原，但没有树木，你会看到一个好处，但它可能并不是一个大的好处。但是，如果你在带树盖的某个地方，就像在缅因州一样 - 因为树木在地面附近减速风 - 你可以看到相同风力涡轮机的能量捕获增加50％。“

在Keystone的制造过程中，将阶梯的梯形形钢板增加到改进的螺旋焊机中 - 首先送入机器的较短尺寸，并且持续最长的件。焊接其边缘将纸张组装成圆锥形。礼貌的基石塔系统

解决运输问题

Keystone System的价值在于掌握了困扰该行业的风力涡轮机运输限制多年。塔在段中制造，以运送到风电场进行装配。但它们被限制在大约14英尺的直径，因此卡车可以在高速公路和桥梁下安全地拖运它们。

这意味着在美国，大多数用于2架或3兆瓦涡轮机的塔限制为约260英尺。在欧洲，较高的塔楼（大约460英尺）正在变得普遍，但这些需要显着的结构或制造妥协：它们在底座上使用非常厚的钢墙（需要超过100吨多余钢），或者塔的下半部分需要超过1000吨的混凝土块，或者使用数千个替换许多钢筋螺栓。

“如果你要设计一个500英尺的塔来获得强风，基于涡轮机上的力量，你需要在底座上直径至少20英尺的东西，”史密斯解释说。“但是，没有办法在工厂中焊接到直径20英尺的工厂并将其运送到风电场。”

相反，Keystone提供了其移动，工业大小的机器和梯形钢材所需的钢材所需。本质上，纸张是阶梯的梯形，其速度较短，第一尺寸第一尺寸，并且最终馈入机器。（如果您铺设了所有的床单，边缘到边缘，他们会形成一个渐渐的螺旋形。）焊接其边缘将纸张组装成圆锥形。机器每天可以制作一个塔。

史密斯说，任何直径都是可能的。对于450英尺，3兆瓦的塔，直径20英尺的基部就足够了。（他说，直径甚至几英尺越来越大，可以使塔楼几乎是处理压力的两倍。）

史密斯将过程与今天的雨水喷气沟安装的过程比较：对于那种过程，专业人士驾驶到房屋并将铝制线圈送入一个专门机器的一端，将金属塑造成无缝的排水沟。“购买唯一的部分并将其带到家里是一个更好的选择，”他说。“Keystone的系统是，但在远远越来越大。”

在梯形石后面

史密斯研究了麻省理工学院机械工程和电气工程和计算机科学，构思了锥形螺旋焊接过程，同时对斜坡进行风能问题进行独立研究。

从麻省理工学院毕业后运行咨询公司，史密斯正在审查风能的启动和技术，以及其他行业的投资者。随着风能大约五年前的蒸汽捡起蒸汽，风险资本家很快资助史密斯，斜坡和其他风能专家研究大型陆上风力涡轮机的成本节约的机会。

例如，该团队在开发先进的动力传动装置控制和转子设计时。“但是在那里的研究中，我们发现塔楼作为阻止行业的最大瓶颈之一，”史密斯说。

史密斯的帮助，史密斯在如何操纵螺旋焊机以制造锥形管，并尽快以及斜坡，设计小型专利机器，由100万美元的能源补助金提供资金。2010年，史密斯和斯洛克斯与Rosalind Takata'01，SM '06的Keystone推出，以进一步开发Somerville，Mass。公司自从将其总部重新安置到丹佛。

在启动Keystone中，史密斯向麻省理工学院的风险投资辅导服务（VMS）提供了一些信誉，该服务向初创公司的联合创始人从早期公司形成以扩大业务。史密斯仍然与VMS保持联系，了解克服普通商业化障碍的建议，如获得和维护客户。

“这是非常有价值的，”他说VMS。“当您创造出早期公司时，有许多不同的主题提出，并且在以前所有看到这一切的顾问都很好。”

开放国家

Keystone目前正在与东北大学和约翰霍普金斯大学的结构工程师合作开展其系统创建的塔楼的结构验证。在过去的一年中，初创公司一直在努力在Middleton，Mase，Miston，Mase的Mit-Used Bates线性加速器中心部署小型原型（大约六个故事高）。，到2015年初。

但上个月，Keystone收到了另外100万美元的DoE补助金来设计全球移动运营。现在，公司正在与丹麦风力涡轮机制造商Vestas风系统等涡轮机制造商合作，规划全规模生产，并正在筹集投资，建设第一台商业规模机器。

虽然他们的第一个站点可能是德国和瑞典 - 较高的风塔更频繁地建造，但使用更昂贵的传统方法 - 史密斯表示希望他希望在美国销售系统，较短的塔楼（大约260英尺）仍然是规范。

他说，美国最早的采用者可能是有强风的领域，也是浓密的树木封面。例如，在缅因州，风电今天在经济上可行的状态下只有一小部分状态，因为树木阻挡了来自州较短的涡轮机的风。在中西部，风能已经达到了网格平等，削弱了今天的低成本天然气 - 但在新英格兰和东南等地区，需要更高的塔楼来达到强风，使风能经济上可行。

“一旦你在寻找的高度，”史密斯说，“它真的开辟了全国为涡轮机捕获大量能量。”

图片：基石塔系统