Förbättrade material och tillverkningsprocesser innebär att bladen effektivt och kostnadseffektivt kan hålla jämna steg med installationen av högre torn och större vindkraftverk. (Foto: Composites One)

Vindkraftsindustrin har satt installationsrekord de senaste åren. Den trenden kan fortsätta eftersom den globala vindkraftskapaciteten förutspås fördubblas under de kommande fem åren, enligt Global Wind Energy Council. Denna tillväxttrend beror delvis på en växande marknad för havsbaserad vindkraft och större vindkraftverk med längre blad.

”Vindkraftsindustrin har ökat bladlängden med cirka 6,5 fot per år under de senaste tio åren”, säger Mark Kirk, CCT, Wind Energy Sales Manager på Composites One. ”Den här ökningen av längden har gjort det möjligt för branschen att öka produktionen genom att använda större turbiner och därmed sänka energikostnaden.”

Det är dock så att ju längre bladet är, desto mer ifrågasätts tillförlitligheten och stabiliteten. Kirk tillskriver material och tillverkning att turbinbladen kan hålla jämna steg med de ständigt växande tornen. ”På grund av kompositmaterial kan bladen snurra snabbare och fånga upp vindar med lägre hastighet. Kompositer erbjuder vindkraftstillverkare styrka och flexibilitet i bearbetningen med den extra fördelen av ett lättviktsmaterial”, säger han.

Kompositer består av två eller flera material med olika fysikaliska eller kemiska egenskaper som när de kombineras inte smälter samman helt och hållet, men som tillsammans blir starkare och mer hållbara. Material för marknaden för vindturbinblad omfattar hartser av glasfiberförstärkt polyester, glasfiberförstärkt epoxi och kolfiberförstärkt epoxi.

”Att kombinera glasfibrer med en hartsmatris resulterar i kompositer som är starka, lätta, korrosionsbeständiga och formstabila. De ger också god designflexibilitet och hög dielektrisk styrka och kräver vanligtvis lägre tillverkningskostnader”, säger Kirk, som påpekar att kompositmaterial med hög hållfasthet, som kolfiber och epoxi, nu också används för högpresterande blad.

”Dagens turbinblad och -komponenter måste uppfylla strikta mekaniska egenskaper, till exempel hög styvhet och motståndskraft mot vridning och utmattning. Utöver dessa mekaniska egenskaper måste den färdiga produkten erbjuda utmärkt korrosionsbeständighet och tolerans för höga temperaturer. Kompositmaterial kan erbjuda större styvhet i många fall och minskad vikt på de färdiga delarna”, tillägger han.

Men det är inte allt. På grund av sin flexibilitet gör kompositmaterialen reparationer enklare för vindkrafttekniker och ger en längre livslängd på bladen. Materialen kan också användas för andra turbinkomponenter. ”Övergången till kompositgondolskydd, kompositspinnare och i vissa fall mer avancerad närformning av dessa kompositkomponenter har också minskat enheternas totala vikt jämfört med traditionellt stål och aluminium, så turbinkostnaderna sjunker.”

Materialen utgör mer än 90 % av tillverkningskostnaderna för ett blad, så om turbinerna framgångsrikt ska kunna växa i storlek är minskade kostnader nyckeln. ”Utmaningen för dagens vindkraftsindustri är tydlig”, säger Alexis Crama, vice vd för offshoreutveckling på LM Wind Power. ”Industrin måste öka den årliga energiproduktionen och minska kostnaderna genom innovation inom materialanvändning och tillverkningsteknik, samtidigt som man måste ta hänsyn till tillförlitlighet och effektiv service av turbinerna under drift.”

Han säger att i takt med att turbinbladen blir längre och fler offshoreprojekt utvecklas kommer efterfrågan på högre tillförlitlighet och lägre kostnader bara att öka från utvecklare av vindkraftparker. ”Att bygga större blad innebär nya konstruktionsutmaningar, som på många sätt innebär att man måste tänka om när det gäller material, struktur och andra egenskaper. Rotorbladen är utan tvekan en av de mest inflytelserika delarna när det gäller energikostnaden.”

Samtidigt som man byggt världens hittills längsta blad (88,4 meter – bladet genomgår för närvarande tester för produktvalidering i Danmark) presenterade LM Wind Power nyligen forskning om ett modulärt koncept för bladgjutning för att öka flexibiliteten i produktionen vid tillverkning av större och längre blad. Med den nya processen utökas rotordiametern genom att olika längder på spetsarna monteras, utan att det blir dyrare att bygga en ny bladform.

Denna process gör det möjligt att tillverka bladet och spetsen separat, följt av en traditionell sammanfogningsteknik som permanent monterar ett blad, förklarar Crama. ”Genom en kombination av minskade produktionskostnader, ökad rotorstorlek och optimerad produktion av vindkraftverk förväntas dessa modulära produkter sänka energikostnaden för tillämpningar med havsbaserade blad med cirka 6-8 %.”

Han tillägger: ”I slutändan kommer vinnarna i morgondagens vindkraftsindustri att vara de som kan anpassa sig, förnya sig och expandera till lägsta kostnad.”