Večje in boljše lopatice za vetrne turbine

V letu 2020 je bilo z vetrno energijo izpolnjenih 16 odstotkov vseh potreb po elektriki v Evropi. Veter so v elektriko večinoma pretvarjale kopenske vetrne turbine, nekaj pa jih je bilo tudi vodnih. Izkoriščanja vetra se je Evropa lotila zelo resno, saj namerava v prihodnjih petih letih vso energijo, pridobljeno iz tega vira, povečati za približno 50 odstotkov. To želijo doseči z večjim številom turbin pa tudi s posebnimi modeli turbin, ki bodo lahko proizvedli več in hkrati terjali manj vzdrževanja in popravil.

Vetrne turbine so glede na svojo velikost in težo hitre in izpostavljene zelo težkim delovnim pogojem. Predstavljajte si nogometno igrišče, ki se vrti po zraku s hitrostjo od 15 do 20 obratov na minuto, in to na nekaterih najbolj vetrovnih krajih na planetu. Od leta 2000 do leta 2018 se je povprečna dolžina lopatic na vetrnih turbinah več kot podvojila. Pri novejših modelih naj bi bile lopatice do leta 2025 dolge že več kot 85 metrov. Nekatere turbine v morju bodo verjetno v bližnji prihodnosti zrak rezale z lopaticami, daljšimi od 110 metrov, premer kroga, ki ga bodo obšle v enem obratu, pa bo enak dolžini dveh nogometnih igrišč.

Pri večjih lopaticah se konice hitreje premikajo, zato je večja tudi obraba njihovih sprednjih robov. V panogi je pri materialih, zasnovi in izdelavi tehnološki napredek res izjemen. Vseeno pa uporaba večjih lopatic, ki bi ob manjši obrabi hkrati proizvajale tudi več energije, predstavlja velik izziv.

Prožni oklep

Asta Šakalytė, vodja za raziskave in razvoj pri družbi Aerox Advanced Polymers, pravi, da srednje veliki sistemi za zdaj zaradi postopne obrabe lopatic po desetih letih potrebujejo obsežno vzdrževanje, čeprav naj bi bile vetrne turbine zasnovane za 25 let delovanja. Na novejših, daljših vetrnicah so znaki hude obrabe vidni že pri drugem letu delovanja. Pri družbi so v projektu LEP4BLADES razvili edinstven sistem za zaščito sprednjega roba lopatic.

Gre za visokoelastičen premaz, ki se pod obremenitvijo upogne, nato pa vrne nazaj v prvotni položaj. Asta Šakalytė pojasnjuje, da to dosežejo »z združitvijo dveh polimerov, ki imata sicer različne, a kljub temu dopolnjevalne lastnosti. Zaščitni premaz lahko prenese izjemno sunkovite in pogoste udarce dežnih kapljic ter drugih delcev, s katerimi prihaja v stik sprednji rob lopatice. Zaradi po meri prilagojenih lastnosti polimerov lahko materiali zaščitnega premaza in lopatice delujejo skupaj tako, da se učinki udarcev razporedijo po njeni celotni strukturi.«

Pogled v notranjost

A poškodb le s premazi ni mogoče popolnoma preprečiti. Z boljšo tehnologijo strukturne celovitosti bi lahko poškodbe odkrili, še preden postanejo resen problem in še preden zaradi popravila ali menjave nastanejo velike finančne ter praktične težave. Približno tretjina od nekaj milijard evrov, ki jih vsako leto porabijo za obratovanje in vzdrževanje vetrnih turbin, je namenjenih za pregled in/ali popravilo zaščitnih slojev lopatic.

V preteklosti je bilo notranje pomanjkljivosti v zaščitnih slojih lopatic nemogoče odkriti. Med izdelavo in vzdrževanjem vetrnice namreč pregledujejo vizualno, s čimer pa ni mogoče odkriti pomanjkljivosti, ki se skrivajo pod površino. Pri zaščitnih slojih vetrnih turbin se ne obnesejo niti tehnološko napredne metode pregledovanja, kot sta induktivna metoda in ultrazvok.

A vendarle obstaja način, s katerim je mogoče pregledati več zaščitnih slojev – način, ki vključuje teraherčno (THz) območje spektra elektromagnetnega valovanja med mikrovalovnimi in infrardečimi frekvencami. S tem valovanjem lahko vidijo skozi predmete in si na neškodljiv, neinvaziven in neionizirajoč način ogledajo ne samo, kaj je v njih, ampak tudi njihovo kemično sestavo in električne lastnosti. Eduardo Azanza, generalni direktor družbe das-Nano in koordinator projekta NOTUS, pravi, da je »NOTUS prvi brezstični pripomoček za neinvazivno pregledovanje materialov, ki je narejen posebej za pregledovanje vetrnih turbin. Z njim lahko opravljamo globinsko določanje značilnosti katerega koli zaščitnega sloja in katere koli lopatice, ne glede na materiale, tako da lahko kvantificiramo zlepljenost med sloji.« Njegove prednosti pa niso omejene le na vetrne elektrarne. NOTUS deluje na vseh vrstah večslojnih materialov, vključno s kovino, kompoziti in plastiko. Dobro se obnese tako na ravnih kot na ukrivljenih površinah ter na suhih in mokrih barvah.

_____ _____

Raziskave, omenjene v članku, je financirala Evropska unija. Prispevek je bil prvotno objavljen v reviji Horizon, reviji EU za raziskave in inovacije.