Motivados por la necesidad de eliminar los costosos imanes de tierras raras en las turbinas eólicas de transmisión directa a gran escala, los investigadores de Sandia National Laboratories desarrollaron un tipo fundamentalmente nuevo de contacto eléctrico giratorio. Sandia ahora está lista para asociarse con la industria de energía renovable para desarrollar la próxima generación de turbinas eólicas de transmisión directa.
La tecnología Twistact de Sandia adopta un enfoque novedoso para transmitir corriente eléctrica entre un marco estacionario y giratorio, o entre dos conjuntos giratorios que tienen diferentes velocidades o dirección de rotación, ideal para su aplicación en turbinas eólicas.
«Twisact se originó al hacernos algunas preguntas realmente desafiantes», dijo Jeff Koplow, científico e ingeniero investigador de Sandia. “Sabíamos que podría cambiar las reglas del juego si podíamos encontrar una manera de eludir la vida útil limitada de los contactos eléctricos rotativos convencionales”.
“Empecé a pensar que tal vez no se ha pensado todavía en todas las arquitecturas de contactos eléctricos giratorios concebibles”, dijo Koplow. “Pasamos mucho tiempo considerando si había otra forma plausible”.
Ilustración gráfica del principio básico del funcionamiento de Twistact. Sandia National Laboratories ahora está listo para asociarse con la industria de energía renovable para transferir la tecnología para desarrollar la próxima generación de aerogeneradores para la eólica de transmisión directa. (Gráfico cortesía de Sandia National Laboratories)
La innovación resultante, Twistact, utiliza un dispositivo de contacto rodante puro para transmitir corriente eléctrica a lo largo de una ruta de resistencia ultrabaja. La tecnología resulta beneficiosa para reducir los costos, mejorar la sustentabilidad y reducir el mantenimiento.
Eliminar la dependencia de los metales de tierras raras
La mayoría de las turbinas eólicas a escala de servicios públicos actuales dependen de imanes de tierras raras, dijo Koplow. Estos materiales tienen un alto costo inicial y son vulnerables a las incertidumbres de la cadena de suministro.
En 2011, por ejemplo, hubo una crisis en la cadena de suministro de materiales de tierras raras que hizo que se disparara el precio del neodimio y el disprosio, los dos elementos de tierras raras ampliamente utilizados para tales imanes. Esto tenía el potencial de bloquear el crecimiento de la industria eólica. El equipo de Sandia comenzó a desarrollar Twistact en ese momento como una cobertura para proteger la creciente industria eólica de futuras interrupciones.
“Cuando se sopesa el hecho de que los metales de tierras raras siempre han sido escasos, que su minería es notoria por su impacto ambiental adverso y que las aplicaciones de la competencia, como los vehículos eléctricos, también están demandando metales de tierras raras, el valor La propuesta de Twistact se vuelve clara”, dijo Koplow.
Sin costes de mantenimiento ni de sustitución
Además, la tecnología Twistact de Sandia aborda dos procesos de degradación física comunes a los conjuntos de escobillas o anillos deslizantes de alto mantenimiento: contacto deslizante y arco eléctrico. Estos factores limitantes reducen el rendimiento de los contactos eléctricos rotativos tradicionales y provocan una vida útil corta y altos costos de mantenimiento o reemplazo.
Un dispositivo Twistact de dos canales para una aplicación de turbina eólica de transmisión directa de varios megavatios.
Un dispositivo Twistact de dos canales para una aplicación de turbina eólica de accionamiento directo de varios megavatios, diseñado en Sandia National Laboratories. (Gráfico cortesía de Sandia National Laboratories) Haga clic en la miniatura para obtener una imagen de alta resolución.
Twistact, por otro lado, ha demostrado a través de pruebas de laboratorio que es capaz de operar durante el tiempo de servicio completo de 30 años de una turbina de varios megavatios sin mantenimiento ni reemplazo.
Otras posibles aplicaciones de la tecnología incluyen motores y generadores síncronos, vías férreas electrificadas y torres de radar. Twistact también podría usarse para reemplazar cepillos o anillos deslizantes en aplicaciones existentes.
Inversión con visión de futuro
Koplow le da crédito al programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio de Sandia por su pensamiento hacia el futuro al hacer una inversión en Twistact.
“Twisact representa una idea bastante radicalmente diferente”, dijo Koplow. “Se necesita coraje para respaldar y financiar”.
Sandia ahora está explorando oportunidades para asociarse con fabricantes de generadores y otros en la industria de la energía renovable para ayudar con la transferencia de la tecnología Twistact a las turbinas eólicas de transmisión directa de próxima generación. Además, Sandia está abierta a asociarse en el desarrollo de la tecnología Twistact de altas RPM para aplicaciones como vehículos eléctricos o generadores de inducción de doble alimentación.
En diciembre pasado, Twistact fue seleccionada como una de las cuatro tecnologías de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear que se presentarán en Frontier Venture Summit, un evento de exhibición organizado por FedTech, una empresa de riesgo que ayuda a las tecnologías de transición de los laboratorios al mercado. Los investigadores de Sandia también presentaron Retsynth, un software integral que ayuda a los científicos en el análisis de biología sintética, en la exhibición.
Sandia National Laboratories es un laboratorio multimisión operado por National Technology and Engineering Solutions of Sandia LLC, una subsidiaria de propiedad absoluta de Honeywell International Inc., para la Administración Nacional de Seguridad Nuclear del Departamento de Energía de EE. UU. Sandia Labs tiene importantes responsabilidades de investigación y desarrollo en disuasión nuclear, seguridad global, defensa, tecnologías energéticas y competitividad económica, con instalaciones principales en Albuquerque, Nuevo México y Livermore, California.
Contacto con los medios de comunicación de Sandia: Paul Rhien, prhien@sandia.gov, 925-294-6452
