Lżejsze łopaty wirnika turbiny wiatrowej obniżą ceny energii
Istnieje spory popyt na duże łopaty wirnika mierzące od 60 do 100 metrów. Są one w stanie przechwytywać większą ilość energii, co zwiększa opłacalność ich wykorzystywania, szczególnie na obszarach nadmorskich, gdzie energia wiatrowa stale zyskuje na popularności. Wraz z rosnącym wykorzystaniem dużych turbin, mniejsze łopaty wirnika są stopniowo wycofywane – większe turbiny są bardziej wydajne i mogą obniżać koszty produkcji energii. „Podwojenie długości łopaty wirnika czterokrotnie zwiększa ilość przechwytywanej energii”, mówi Tomas Flanagan, koordynator projektu PowderBlade. „Tworzy to spore wyzwanie dla inżynierów zajmujących się opracowywaniem materiałów, ponieważ wydłużenie łopaty znacząco zwiększa jej masę: podwojenie długości zwiększa masę mniej więcej ośmiokrotnie”. Głównym celem prac nad nowymi łopatami wirników jest zatem zmniejszenie masy. Budowa łopaty wirnika jest ściśle powiązana z metodą jej produkcji, dlatego zaprojektowanie taniego i solidnego rozwiązania wymaga kompleksowego podejścia. Zespół finansowanego przez UE projektu PowderBlade postanowił zmniejszyć cenę i masę dużej łopaty wirnika, a w efekcie obniżyć koszty produkcji energii. Inżynierowie wykorzystali w tym celu epoksydowy kompozyt proszkowy (C-PET), nowatorską technologię pozwalającą na stworzenie lżejszych, większych i bardziej wydajnych łopat wirnika.
Niższe koszty, bardziej wydajne wirniki
Zespół projektu PowderBlade postanowił wykorzystać kompozyt C-PET, by zwiększyć moc wirnika i ograniczyć koszty jego produkcji o 20 %. Naukowcy przetestowali laminaty kompozytowe na bazie C-PET i ustalili, że epoksydowe kompozyty proszkowe przynoszą wiele korzyści, takich jak lepsze właściwości mechaniczne w porównaniu z konkurencyjnymi rozwiązaniami. Opracowali również konstrukcję 60-metrowej łopaty z kompozytu węglowo-szklanego, która jest lżejsza dzięki lepszym właściwościom mechanicznym C-PET.
Szybka produkcja dużej łopaty wirnika
Zespół projektu PowderBlade postanowił skrócić czas produkcji dużej, 100-metrowej łopaty wirnika do 24 godzin poprzez zastosowanie epoksydów proszkowych i konstrukcji z kompozytu węglowo-szklanego. Wykorzystując technologię C-PET, naukowcy stworzyli części demonstracyjne, które pokryli grubą warstwą laminatu z proszku epoksydowego i poddali 6-godzinnemu cyklowi podgrzewania, utwardzania i chłodzenia. Udało im się w ten sposób udowodnić, że dużą łopatę wirnika można wyprodukować w ciągu 8 godzin, czyli znacznie krócej niż w przypadku standardowego procesu trwającego 24 godziny.
Wprowadzenie produktu na rynek
Aby wprowadzić swoje produkty i proces produkcji na rynek, zespół projektu PowderBlade zbudował RivGen Power System, helikalną turbinę z łopatami z włókna węglowego i zastrzałami z włókna szklanego. „RivGen Power System to duży krok w stronę zrównoważonej przyszłości”, wyjaśnia Flanagan. System jest już zainstalowany nad rzeką Kvichak w Igiugig na Alasce, dostarczając elektryczności do tej odległej miejscowości. „Chcemy wkrótce wprowadzić naszą innowacyjną technologię na rynek, wykorzystując ją w produkcji 60-metrowych łopat wirnika, a następnie, po zbadaniu rynku, także w produkcji łopat o długości do 100 metrów”, mówi Flanagan. „W przyszłości planujemy opracować rozwiązania do zastosowań w innych sektorach, takich jak produkcja łodzi, samochodów, zbiorników ciśnieniowych, mostów kompozytowych, a nawet w przemyśle lotniczym i kosmicznym”.
Słowa kluczowe
PowderBlade, kompozyt, łopaty wirnika, energia wiatrowa, epoksydowy kompozyt proszkowy
