A fejlett anyagok és gyártási eljárások azt jelentik, hogy a lapátok hatékonyan és költséghatékonyan lépést tudnak tartani a magasabb tornyok és nagyobb szélturbinák telepítésével. (Fotó: Composites One)

A szélerőműipar az elmúlt néhány évben telepítési rekordokat döntött. Ez a tendencia folytatódhat, mivel a Global Wind Energy Council előrejelzése szerint a globális szélenergia-kapacitás a következő öt évben megduplázódik. Ez a növekedési tendencia részben a fejlődő tengeri szélenergia-piacnak és a hosszabb lapátokkal rendelkező nagyobb szélturbináknak köszönhető.

“A szélenergia-ipar az elmúlt 10 évben évente körülbelül 6,5 lábnyira növelte a lapátok hosszát” – mondta Mark Kirk, CCT, a Composites One szélenergia értékesítési vezetője. “Ez a hossznövekedés lehetővé tette az iparág számára, hogy nagyobb turbinák használatával növelje a termelést, és ezáltal csökkentse az energiaköltségeket.”

Mennél hosszabb azonban a lapát, annál inkább kérdésessé válik a megbízhatóság és a stabilitás. Kirk az anyagoknak és a gyártásnak tulajdonítja, hogy a turbinalapátok lépést tudnak tartani az egyre növekvő tornyokkal. “A kompozit anyagok miatt a lapátok gyorsabban forognak, és kisebb sebességgel tudják befogni a szelet. A kompozitok szilárdságot és rugalmasságot kínálnak a szélerőműgyártóknak a feldolgozás során, a könnyű anyag további előnyeivel együtt” – mondja.”

A kompozitok két vagy több, különböző fizikai vagy kémiai tulajdonságokkal rendelkező anyagból készülnek, amelyek kombinációjuk során nem olvadnak össze teljesen, de együtt erősebbé és tartósabbá válnak. A szélturbinalapátok piacára szánt anyagok közé tartoznak az üvegszállal erősített poliészter, az üvegszállal erősített epoxi és a szénszállal erősített epoxi gyanták.

“Az üvegszálak és a gyantamátrix kombinálása olyan kompozitokat eredményez, amelyek erősek, könnyűek, korrózióállóak és méretstabilak. Emellett jó tervezési rugalmasságot és nagy dielektromos szilárdságot biztosítanak, és jellemzően alacsonyabb gyártási költségeket igényelnek” – mondja Kirk, aki rámutat, hogy a nagy szilárdságú kompozit anyagokat, például szénszálakat és epoxikat ma már nagy teljesítményű lapátokhoz is használják.

“A mai turbinalapátoknak és alkatrészeknek szigorú mechanikai tulajdonságoknak kell megfelelniük, például nagy merevségnek, csavarodással és fáradással szembeni ellenállásnak. E mechanikai tulajdonságok mellett a készterméknek kiváló korrózióállóságot és magas hőmérséklettűrést kell nyújtania. A kompozit anyagok sok esetben nagyobb merevséget, a kész alkatrészeknél pedig kisebb súlyt kínálnak” – teszi hozzá.

De ez még nem minden. Rugalmasságuk miatt a kompozit anyagok megkönnyítik a széltechnikusok számára a javításokat, és hosszabb élettartamot biztosítanak a lapátok számára. Az anyagok más turbinaalkatrészekhez is felhasználhatók. “A kompozit géptörzsburkolatokra, kompozit forgószárnyakra és egyes esetekben ezeknek a kompozit alkatrészeknek a fejlettebb, közeli formázására való áttérés az egységek összsúlyát is csökkentette a hagyományos acélhoz és alumíniumhoz képest, így a turbinák költségei csökkennek.”

A lapátok gyártási költségeinek több mint 90%-át az anyagok teszik ki, így a turbinák sikeres méretnövekedéséhez a költségek csökkentése kulcsfontosságú. “A mai szélenergia-ipar előtt álló kihívás egyértelmű” – mondja Alexis Crama, az LM Wind Power offshore fejlesztésekért felelős alelnöke. “Az iparágnak növelnie kell az éves energiatermelést, és csökkentenie kell a költségeket az anyaghasználatban és a gyártási technológiákban megvalósuló innováció révén, miközben figyelembe kell vennie a megbízhatóságot és a turbinák működés közbeni hatékony szervizelését.”

Elmondása szerint a turbinalapátok hosszabbodásával és az egyre több tengeri projekt fejlesztésével a szélerőművek fejlesztői részéről a nagyobb megbízhatóság és az alacsonyabb költségek iránti igény csak növekedni fog. “A nagyobb lapátok építése új tervezési kihívásokat jelent, amelyek sok tekintetben az anyagok, a szerkezet és más jellemzők újragondolását jelentik. A rotorlapátok vitathatatlanul az egyik legbefolyásosabb darab az energiaköltségek szempontjából.”

A világ eddigi leghosszabb (88,4 méteres – a lapát jelenleg termékhitelesítési teszteken vesz részt Dániában) lapátjának megépítése mellett az LM Wind Power a közelmúltban bemutatta egy moduláris lapátöntési koncepcióval kapcsolatos kutatását, amely a nagyobb és hosszabb lapátok gyártása során növeli a gyártás rugalmasságát. Az új eljárás változó csúcshosszúságok rögzítésével növeli a rotor átmérőjét, anélkül, hogy egy új lapátforma készítésének többletköltségei lennének.

Ez az eljárás lehetővé teszi a lapát és a csúcs külön gyártását, amelyet egy hagyományos illesztési technika követ, amely véglegesen összeállítja a lapátot – magyarázza Crama. “A csökkentett gyártási költségek, a megnövelt rotorméret és az optimalizált szélerőművi teljesítmény kombinációja révén ezek a moduláris termékek várhatóan mintegy 6-8%-kal csökkentik az energiaköltséget a tengeri lapátalkalmazásoknál.”

Teszi hozzá: “Végső soron azok lesznek a holnapi szélenergia-ipar nyertesei, akik a legalacsonyabb költséggel tudnak alkalmazkodni, innoválni és terjeszkedni.”