Pokročilé materiály a výrobní procesy znamenají, že lopatky mohou efektivně a nákladově efektivně držet krok s instalací vyšších věží a větších větrných turbín. (Foto: Composites One)

Větrný průmysl v posledních několika letech zaznamenal instalační rekordy. Tento trend může pokračovat i nadále, neboť podle Světové rady pro větrnou energii (Global Wind Energy Council) se v příštích pěti letech celosvětová kapacita větrných elektráren zdvojnásobí. Za tento růstový trend částečně vděčíme rozvíjejícímu se trhu s větrnou energií na moři a větším větrným turbínám s delšími lopatkami.

„Větrný průmysl za posledních 10 let zvyšoval délku lopatek přibližně o 6,5 stopy ročně,“ řekl Mark Kirk, CCT, manažer prodeje větrné energie ve společnosti Composites One. „Tento nárůst délky umožnil průmyslu zvýšit výrobu použitím větších turbín, a tím snížit náklady na energii.“

Čím delší je však lopatka, tím více přichází v úvahu spolehlivost a stabilita. Kirk přičítá materiálům a výrobě, že umožňují lopatkám turbín držet krok se stále rostoucími věžemi. „Díky kompozitním materiálům se lopatky mohou točit rychleji a zachycovat vítr s nižší rychlostí. Kompozity nabízejí výrobcům větrných elektráren pevnost a flexibilitu při zpracování s další výhodou lehkého materiálu,“ říká.“

Kompozity jsou vyrobeny ze dvou nebo více materiálů s různými fyzikálními nebo chemickými vlastnostmi, které se po spojení zcela nespojí, ale společně se stanou pevnějšími a odolnějšími. Materiály pro trh s lopatkami větrných turbín zahrnují pryskyřice z polyesteru vyztuženého skleněnými vlákny, epoxidové pryskyřice vyztužené skleněnými vlákny a epoxidové pryskyřice vyztužené uhlíkovými vlákny.

„Kombinací skleněných vláken s pryskyřičnou matricí vznikají kompozity, které jsou pevné, lehké, odolné proti korozi a rozměrově stabilní. Poskytují také dobrou konstrukční flexibilitu a vysokou dielektrickou pevnost a obvykle vyžadují nižší výrobní náklady,“ říká Kirk, který upozorňuje, že pro vysoce výkonné lopatky se nyní používají také vysokopevnostní kompozitní materiály, jako jsou uhlíková vlákna a epoxidy.

„Dnešní lopatky a součásti turbín musí splňovat přísné mechanické vlastnosti, jako je vysoká tuhost a odolnost proti kroucení a únavě. Kromě těchto mechanických vlastností musí hotový výrobek nabízet vynikající odolnost proti korozi a toleranci vůči vysokým teplotám. Kompozitní materiály mohou v mnoha případech nabídnout větší tuhost a snížení hmotnosti hotových dílů,“ dodává.

Ale to není vše. Kompozitní materiály díky své pružnosti usnadňují opravu větrným technikům a zajišťují delší životnost lopatek. Materiály lze použít i pro další součásti turbín. „Přechod ke kompozitním krytům gondol, kompozitním spinnerům a v některých případech k pokročilejšímu těsnému lisování těchto kompozitních součástí také snížil celkovou hmotnost jednotek oproti tradiční oceli a hliníku, takže náklady na turbíny klesají.“

Materiály tvoří více než 90 % výrobních nákladů na lopatky, takže pokud mají turbíny úspěšně růst co do velikosti, je snížení nákladů klíčové. „Výzva pro dnešní větrný průmysl je jasná,“ říká Alexis Crama, viceprezident společnosti LM Wind Power pro vývoj na moři. „Odvětví musí zvýšit roční produkci energie a snížit náklady díky inovacím v oblasti použití materiálů a výrobních technologií, a to vše s ohledem na spolehlivost a efektivní servis turbín během provozu.“

Podle něj se s prodlužováním lopatek turbín a rozvojem dalších projektů na moři bude požadavek na vyšší spolehlivost a nižší náklady ze strany developerů větrných elektráren jen zvyšovat. „Stavba větších lopatek představuje nové konstrukční výzvy, které v mnoha ohledech zahrnují přehodnocení materiálů, konstrukce a dalších vlastností. Lopatky rotoru jsou pravděpodobně jednou z nejvlivnějších částí z hlediska nákladů na energii.“

Současně s konstrukcí dosud nejdelší lopatky na světě (88,4 metru – lopatka v současné době prochází testováním pro ověření výrobku v Dánsku) společnost LM Wind Power nedávno představila výzkum koncepce modulárního tvarování lopatek, která má zvýšit flexibilitu výroby při výrobě větších a delších lopatek. Nový proces rozšiřuje průměr rotoru připojením variabilní délky špičky, aniž by se zvýšily náklady na stavbu nové formy na lopatky.

Tento proces umožňuje oddělenou výrobu lopatky a špičky, po níž následuje tradiční technika spojování, která lopatku trvale sestaví, vysvětluje Crama. „Díky kombinaci snížení výrobních nákladů, zvětšení velikosti rotoru a optimalizaci výkonu větrných elektráren se očekává, že tyto modulární výrobky sníží náklady na energii pro aplikace lopatek na moři přibližně o 6 až 8 %.“

Dodává: „V konečném důsledku budou vítězi zítřejšího větrného průmyslu ti, kteří se dokáží přizpůsobit, inovovat a rozšiřovat s nejnižšími náklady.“

.