Techniki hybrydowe wspierają innowacje w dziedzinie energii wiatrowej
Wykorzystanie potencjału energii wiatrowej – ważnego źródła energii odnawialnej – ma kluczowe znaczenie dla skutecznego wyjścia Europy od uzależnienia od paliw kopalnych. Energia wiatrowa otwiera również nowe możliwości gospodarcze: w samej Europie w sektorze tym zatrudnionych jest około 280 400 osób. Utrzymanie przewagi konkurencyjnej Europy w tej dziedzinie i wprowadzanie innowacji zwiększających efektywność energii wiatrowej jest jednak ciągłym wyzwaniem. Na przykład w najbliższej przyszłości sektor ten będzie musiał znacznie zwiększyć średnią wielkość stosowanych turbin, aby zaspokoić popyt, zapewniając jednocześnie niezawodność i opłacalność produkcji. „Jeśli nie zmienimy obecnych metodologii testowania, konieczne będzie przeprowadzanie fizycznych testów większych komponentów”, zauważa koordynatorka projektu INNTERESTING Mireia Olave z IKERLAN w Hiszpanii. „Takie testy mogą być bardzo drogie i czasochłonne”. W wielu przypadkach elastyczność wykorzystywanych stanowisk testowych – infrastruktur stworzonych w celu walidacji technologii – może być ograniczona przez otaczające środowisko; często trzeba je też zdemontować po zakończeniu pracy.
Nowe podejścia do testowania technologii wiatrowych
Zespół finansowanego przez Unię Europejską projektu INNTERESTING miał na celu sprostanie temu wyzwaniu poprzez wyeliminowanie konieczności stosowania dużych stanowisk badawczych. Zamiast tego postanowiono opracować nowatorską metodę hybrydową, łączącą prototypy w mniejszej skali z zaawansowaną technologią modelowania komputerowego. Umożliwiłoby to twórcom ocenę niezawodności większych elementów turbin wiatrowych bez konieczności ich fizycznego testowania. Zespół projektowy określił trzy kluczowe etapy tej metodologii. Pierwszy etap obejmował uproszczone, dostosowane do potrzeb badanie fizyczne. „Uznaliśmy, że uproszczone testy można przeprowadzić przy użyciu mniejszych prototypów, co byłoby tańsze i szybsze”, wyjaśnia Olave. Następnie opracowano zaawansowane wirtualne testy, zdolne do oceny żywotności i trwałości technologii. Zaprojektowano je w celu uwzględnienia szeregu niepewności i zmiennych, takich jak zastosowany materiał i niepewność obciążenia. Ostatni etap obejmował techniki wirtualnego zwiększania skali, zdolne do uwzględnienia niezawodności i trwałości komponentów o rzeczywistych rozmiarach.
Zastosowanie metodologii do rzeczywistych studiów przypadków
Metodologia ta została następnie zaprezentowana w ramach trzech studiów przypadków. Pierwsze dotyczyło komponentów do 20-megawatowej (MW) turbiny morskiej o średnicy siedmiu metrów i wymaganym okresie eksploatacji wynoszącym 40 lat. Drugie skupiało się na przekładni dla turbiny lądowej o mocy 10 MW, uwzględniając krytyczne parametry, takie jak poziomy gęstości momentu obrotowego i zapotrzebowanie na środki smarne. „Trzecie studium przypadku dotyczyło turbiny wiatrowej o mocy 3,4 MW”, mówi Olave. „W tym projekcie chcieliśmy zidentyfikować sposoby spowolnienia propagacji pęknięć i zwiększenia ogólnej żywotności komponentów”.
Osiąganie efektywności na etapie opracowywania rozwiązania
Dzięki tym studiom przypadków zespół projektu INNTERESTING był w stanie z powodzeniem zademonstrować przydatność opracowanej metodologii do testowania dużych komponentów turbin w znacznie bardziej efektywny sposób. „To podejście może być stosowane nie tylko do testowania i walidacji komponentów”, dodaje Olave. „Może również posłużyć do dostarczenia głębszej wiedzy na temat materiałów, procesów produkcyjnych i trybów awarii, której uzyskanie w przeciwnym razie byłoby bardzo kosztowne”. Wykazano zatem, że tańsze i szybsze testy w mniejszej skali, w połączeniu z zaawansowanymi technologicznie technikami zwiększania skali, pozwalają na uzyskanie wiarygodnych wyników wydajności. Kolejnym ważnym aspektem jest możliwość określenia prawdopodobieństwa wystąpienia awarii komponentu. „Jesteśmy przekonani, że ta przełomowa metodologia zostanie w przyszłości wykorzystana do testowania większych komponentów turbin wiatrowych, ograniczając konieczność budowania dużych stanowisk testowych”, podsumowuje Olave. „Pomoże to europejskiemu sektorowi wiatrowemu zaoszczędzić czas i pieniądze podczas krytycznego procesu rozwoju produktu”.
Słowa kluczowe
INNTERESTING, wiatr, energia, turbina, odnawialne, paliwo kopalne, morski
