Rozwój małych turbin wiatrowych o dużej wydajności
Małe turbiny wiatrowe mogą przynieść ogromne korzyści w przypadkach, w których w danej lokalizacji nie ma dostępu do energii elektrycznej pochodzącej z sieci dystrybucyjnej. Jeśli jednak rozwiązanie to ma rzeczywiście zyskać jakąkolwiek popularność na rynku energetycznym, konieczne będzie obniżenie kosztów technologii, co pozwoli na zapewnienie konkurencyjności tej formy wytwarzania energii elektrycznej bez konieczności udzielania wsparcia finansowego bądź dotacji. Komisja Europejska podkreśliła rolę, jaką w tym obszarze mogą odgrywać małe i średnie przedsiębiorstwa (MŚP), takie jak na przykład gospodarstwa rolne oraz przedstawiciele drobnego przemysłu. W przypadku obszarów, na których średnia prędkość wiatru w ciągu roku przekracza 5 metrów na sekundę (m/s), małe turbiny wiatrowe często stanowią najlepsze dostępne rozwiązanie. W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu Eciwind, naukowcom udało się opracować technologię małych turbin wiatrowych, która umożliwiła osiągnięcie atrakcyjnego współczynnika mocy wynoszącego Cp=0,5, obliczanego na podstawie mocy dostępnej w stosunku do prędkości wiatru. Efektywność aerodynamiczna Wyjątkową cechą systemu opracowanego w ramach projektu Eciwind jest jego aerodynamiczna konstrukcja, która umożliwia wytwarzanie energii elektrycznej przy bardzo słabych wiatrach wiejących z prędkością wynoszącą zaledwie 2 m/s. Jest to cecha kluczowa, zważywszy na fakt występowania słabszych wiatrów w wielu regionach. Maksymalna efektywność mechaniczna i aerodynamiczna jest zapewniana przez system kontroli wychylenia łopat wirnika, który dostosowuje ich ułożenie dzięki temu, że są w stanie obracać się wokół własnej osi, dopasowując ich ustawienie do prędkości obrotowej wirnika oraz wiatru. Zmienny kąt łopat pozwala generatorowi maksymalizować ilość wytwarzanej energii elektrycznej od chwili rozpoczęcia obrotów wirnika, aż po limit turbiny. System chroni łopaty wirnika przed osiągnięciem nadmiernej prędkości podczas bardzo silnych wiatrów, na przykład poprzez zmniejszenie kąta natarcia łopat w przypadku, gdy generowana moc przekracza 10 kW. Same łopaty wykorzystują obliczeniową dynamikę płynów, co w połączeniu z opracowanym przez naukowców specjalnym profilem aerodynamicznym pozwoli zapewnić ich bezpieczeństwo w przypadku nieoczekiwanych obciążeń, na przykład w czasie burz. W praktyce oznacza to, że podczas gdy system generuje znaczny moment obrotowy, powietrze przepływa płynnie nad łopatami, wytwarzając przy tym o połowę mniejszy hałas w porównaniu z konkurencyjnymi systemami. Nawet przy prędkości wiatru wynoszącej 52 m/s, która stanowi granicę możliwości turbiny, łopaty wirnika nie wytwarzają żadnego dodatkowego hałasu. Rozwiązanie opracowane w ramach projektu Eciwind obejmuje elektroniczny system sterowania i monitorowania, który nieustannie wyświetla szereg parametrów dotyczących pracy turbiny wiatrowej i pozwala na zdalny dostęp w celu ich zmiany lub regulacji. Bezpieczeństwo rozwiązania Eciwnd gwarantują systemy ochronne, do których należą: aktywny hamulec mechaniczny, możliwość ustawienia łopat wirnika „w chorągiewkę”, co pozwala na zatrzymanie obrotów turbiny w najbardziej niesprzyjających warunkach, a także hamulec elektromagnetyczny. „Wyjątkowość tej technologii polega na tym, że wykorzystujemy w tym wypadku procedury i rozwiązania podobne do tych wykorzystywanych w dużych turbinach wiatrowych, jednak dostosowujemy je w taki sposób, by zagwarantować niższą cenę rozwiązania”, stwierdził Juan Antonio Vila, koordynator projektu. Część szerszego rozwiązania na rzecz zrównoważonego wytwarzania energii Naukowcy szacowali, że prototyp rozwiązania będzie w stanie osiągnąć moc 10 kW przy prędkości wiatru wynoszącej 11 m/s, jednak po przeprowadzeniu prób rozwiązania okazało się, że do osiągnięcia założonej mocy wystarczy wiatr o prędkości 9 m/s, natomiast przy prędkości 11 m/s generowana moc wynosiła 18 kW – o 80 % więcej, niż zakładali twórcy. Eliminacja niektórych spośród najbardziej kosztownych elementów wykorzystywanych obecnie technologii, takich jak przekładnie, a także optymalizacja stosunku osiągów do kosztów pozostałych części składowych rozwiązania pozwoliła na zmniejszenie kosztów konserwacji oraz ograniczenie kosztów instalacji turbiny przez użytkownika końcowego. „Przeszkodą na drodze do wdrożenia tego rodzaju rozwiązań na szeroką skalę nie są ograniczenia technologii lub problemy logistyczne, lecz przede wszystkim brak wiedzy i świadomości na temat jej istnienia”, stwierdził Vila. „Nie próbujemy stanowić konkurencji dla energii słonecznej, wręcz przeciwnie – rozwiązanie Eciwind wykorzystuje inwertery solarne. Energia wiatru może doskonale sprawdzać się w połączeniu z energią słoneczną. W praktyce 90 % realizowanych przez nas instalacji stanowi połączenie obu tych źródeł energii”. Spółka joint venture założona przez firmy Enair Energy SL i Lancor sprzedaje obecnie modele małych turbin wiatrowych o mocy 20 kW. Ponadto, oba podmioty mają nadzieję na to, że odpowiednie inwestycje umożliwią w ciągu kilku najbliższych lat sprzedaż wersji o mocy 60 kW.
Słowa kluczowe
Eciwind, mała turbina wiatrowa, energia, zrównoważony rozwój, środowisko, współczynnik mocy, energia elektryczna, aerodynamika, łopaty, dynamika płynów, odnawialne źródła energii