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火狐体育网址多少:通过3D打印推动可再生能源转型:核能
日期:2022-10-02 05:51:35 | 来源:火狐体育入口 作者:火狐体育客户端

  从核能开始,这是一系列关于低碳发电以及3D打印和可再生能源的采访中的第一篇文章,因为研究人员、企业和世界领导人面临着越来越大的压力来改善他们的可持续能源战略。

  橡树岭国家实验室(ORNL)是美国最大的能源研究实验室。“很明显,通过3D打印进一步实现制造业电气化是脱碳的近期机遇。”能源科学实验室副主任孙鑫教授和ORNL核聚变与裂变实验室副主任凯西·麦卡锡说。

  根据《2021 年全球能源评论》,可再生能源的使用量在2020年受新冠疫情影响期间增加了3%,而对所有其他领域的需求均有所下降。抛开疫情不谈,近年来绿色能源在能源市场中的份额持续增长,预计到2030年其价值将高达 21720 亿美元。

  随着来自世界各地的国家在 COP26 上签署了《格拉斯哥气候公约》,并面临着逐步减少有增无减的煤粉和化石燃料使用以遏制其排放的呼吁,对可再生能源技术的投资目前每年达到3000亿美元,有望在未来十年迅速增加。

  核能是一种“清洁”能源发电形式,作为燃烧化石燃料的替代品,受到越来越多的关注。虽然核电的优点包括提供无碳电力、占地面积小、功率输出高和可靠性,但它也有一些缺点。

  例如,最广泛用于核裂变的燃料铀在技术上是一种不可再生能源,尽管它含量丰富,而高昂的前期成本以及与核废料和工厂故障相关的安全问题可能是灾难性的。然而,增材制造已开始在该领域部署以减少其中许多问题,而引领潮流的是ORNL。

  “核组件的3D打印已经对今天的核能产生影响,”孙和麦卡锡告诉我。ORNL目前正在领导由美国能源部 (DoE) 支持的转型挑战反应堆 (TCR) 计划,该计划旨在使用 DED 3D 打印等技术建造核反应堆堆芯。

  “在保持安全运行的同时简化制造和降低成本是核能未来的关键,”他们说。“先进制造可以通过减少生产新核设计的研发时间、加快新技术部署、支持快速设计开发以及将传感器和人工智能 (AI) 等基本技术集成到组件中来降低核能成本,以确保的安全运行。”

  去年,作为 TCR 计划的一部分,使用ORNL自己的3D打印技术为核供应商 Framatome 开发的核反应堆组件安装在田纳西河谷管理局位于阿拉巴马州的Browns Ferry核电站。

  Sun 和 McCarthy 补充说:“3D打印还使我们能够制造传统技术无法实现的设计,从而为传统制造无法实现的部件几何形状打开大门,从而提高效率并节省成本。”

  展望ORNL的3D打印方法可能适用的其他类型的核组件,教授们预测小型模块化反应堆设计的增加以及只有通过增材制造才能实现的一组新几何形状。根据 Sun 和 McCarthy 的说法,这些组件将成为当前数字基础设施不可或缺的一部分。

  他们补充说:“带有与数据管理系统集成的传感器的智能组件对于常规核操作和先进核系统的开发都具有吸引力。” “这些传感器的一个应用示例是在线监控——寻找组件退化的迹象,以便在故障之前进行修复。

  3D打印核组件的认证和资格认证是该技术在该领域更广泛采用的关键要素。Sun和McCarthy 说,虽然监管机构正在努力调整,但核管理委员会的规则和法规并未设想现代制造工艺强加的制造范式转变。

  “ORNL 一直走在这项研究的前沿,利用人工智能和机器学习开发数字制造技术,以帮助支持“天生合格”组件的制造。今天,ORNL 生产的每个组件都有一个独特的数字护照,记录了整个制造过程的历史。”

  ORNL打印组件的方法最近已获得超安全核公司 (USNC) 的许可,该方法使用碳化硅等耐火方法,标志着该技术在核领域的更广泛采用向前迈出了重要一步。

  工业部门每年消耗美国总能源消耗的33%,该行业是美国脱碳努力的关键组成部分。因此,Sun 和 McCarthy 表示,短期内3D打印核能的最大机会是制造业的进一步电气化和脱碳。

  “在未来,3D打印可以通过部件整合和工艺强化来实现新颖的设计,从而提高未来能源系统和碳捕获系统的效率并降低成本,”他们补充道。返回搜狐,查看更多