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ニッケルは風力発電タービン鋳物の重要な構成要素
by Dean Jobb
Nickel Magazine, June 2007 --
炭素の排出を減らして、地球温暖化の影響を軽くする努力は、風から作り出されるクリーン・エネルギーの需要を世界中で増やし、 そして、ニッケルの有望な新しい市場をつくり出しています。
風力発電タービンの大きな構成要素であるローター・ハブ、ギアボックス・ハウジング、ベースプレート、ギア及びシャフトはダクタイル鋳鉄で造られます。そして、それは炭素鋼よりおよそ10%軽いという長所があります。金属は衝撃抵抗の基準を満たさなければなりません。そして、そこでニッケルが重要な役割を演じます。
「タービン・メーカーは北方の低温な気候において良い衝撃強さを含む特定の重要な諸性質を持つダクタイル鋳鉄合金を探しています。」と、米国ミシガン州のWixomにあるStork Climax Research
Servicesの上級冶金技術者であるRick Gundlachが言う。「これらの機械的特性は、ニッケルを含まない従来のダクタイル鋳鉄で得るのが難しいでしょう。」
従来のダクタイル鋳鉄は2～3%のシリコンを含み、それは金属を強化するが、低温でもろくする欠点がある。鋳造プロセスに0.5～1%のニッケルを加えると、シリコンの必要量を減らして、鉄がマイナス20℃の温度で風力発電のタービン構成要素に対して規定された最小の耐衝撃強度に合格するのを可能にする。
「風力発電の技術者はもろい材料を望まない。彼らは低温で靭性を望みます。」と、北米Ductile Iron Societyの技術系取締役のJames
Mullinsが言い、さらに「ニッケルは、鉄を強化するが、それをもろくしない数少ない元素のうちの1つです。」と言う。
そのような少量のニッケルの添加は、取るに足らないと思われるかもしれないが、鋳造する部品の大きさを考えてごらんなさい。ローター・ハブは、動翼やその他の部品を入れる中心穴があるリング状鋳物です。この中心穴は非常に大きく、人が歩いて通り抜けることができます。それぞれ１ケの重量が最高1,600キログラムです。32～45トンのダクタイル鋳鉄は1,500世帯の動力を賄うことができる4.5メガワット・タービン風車を建設するのに用いられます。より大きなタービンは開発中で、そして、さらに大きなタービンさえ将来には予想されます。
そこで、45トンの鋳物から組み立てられた一つのタービンは、約0.5トンのニッケルを含む。世界の約20の製造業者だけが、そのサイズの鋳物をつくることが出来る。「そして、彼らはトラック数台分のニッケルを使っています。」と、Mullinsが指摘する。
「多くのこれらの風力タービンを生産するために大変なプッシュがありました。」と、2つのアメリカの鋳物工場の品質管理検査をする契約をしているGundlachが付け加えます。「彼らは、十分に速くつくることができません。」
タービンは、大きさにおいてと同様に総数においても増加しています。アメリカの風力発電協会（AWEA）は、米国の発電容量が年率最高30%の割合で成長すると予想して米国では風力発電は2007年に310億キロワット時の電力を発電すると推定している。しかし、全体として、北米は風力発電を受け入れるのが遅かった。商業的に風力発電がしっかりと確立されたヨーロッパでは、ニッケル処理したダクタイル鋳鉄が1990年代半ばからタービンを製造するのに用いられてきた。
米国政府は風力発電の製作者の税額控除の期間を2007年末まで延長し、一時的に活況を呈したタービン市場に安定性を加えました。4つのタービン工場は2006年に新しい米国の工場の操業を開始したとAWEAは報告している。そして、すでに確立されているヨーロッパのメーカーは発展するアメリカの市場に供給するために分工場を建設中です。
「米国の鋳物工場は必要な鋳造品を供給するために工場を再整備中です。Engineered Casting Solutions誌によれば、例えばオハイオ州シンシナティにあるCast-Fab
Technologiesは鋳造製品の１/4以上を風力発電メーカーに販売しています。
「風力タービン発電機の需要が非常に大きいので、それらを生産している人々は風力発電機の鋳物を作る鋳物工場からの十分な供給を見つけることができません。」と、Gundlachが指摘する。そして「我々は、長い間このような新しい市場を見たことがない。」と言う。
Dean Jobb is a Halifax, Nova Scotia-based freelance writer.
Photos: iStock and General Electric
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