Materialele și procesele de fabricație avansate înseamnă că palele pot ține pasul în mod eficient și rentabil cu instalarea unor turnuri mai înalte și a unor turbine eoliene mai mari. (Foto: Composites One)

În ultimii doi ani, industria eoliană a stabilit recorduri de instalare. Această tendință ar putea continua, în condițiile în care se preconizează că capacitatea eoliană globală se va dubla în următorii cinci ani, potrivit Global Wind Energy Council. Această tendință de creștere se datorează, în parte, unei piețe eoliene offshore în curs de dezvoltare și turbinelor eoliene mai mari, cu pale mai lungi.

„Industria eoliană a crescut lungimea palelor cu aproximativ 6,5 picioare pe an în ultimii 10 ani”, a declarat Mark Kirk, CCT, manager de vânzări pentru energie eoliană la Composites One. „Această creștere a lungimii a permis industriei să crească producția prin utilizarea unor turbine mai mari și, prin urmare, să scadă costul energiei.”

Cu toate acestea, cu cât paleta este mai lungă, cu atât mai mult fiabilitatea și stabilitatea intră în discuție. Kirk atribuie materialelor și fabricației faptul că au permis ca lamele turbinelor să țină pasul cu turnurile tot mai mari. „Datorită materialelor compozite, paletele se pot roti mai repede și pot capta vânturile la viteze mai mici. Materialele compozite oferă producătorilor eolieni rezistență și flexibilitate în procesare, cu avantajul suplimentar al unui material ușor”, spune el.

Compozitele sunt realizate din două sau mai multe materiale cu proprietăți fizice sau chimice diferite care, atunci când sunt combinate, nu se amestecă complet, dar împreună devin mai puternice și mai durabile. Materialele pentru piața paletelor de turbine eoliene includ rășini de poliester armat cu fibră de sticlă, epoxidice armate cu fibră de sticlă și epoxidice armate cu fibră de carbon.

„Combinarea fibrelor de sticlă cu o matrice de rășină are ca rezultat materiale compozite care sunt puternice, ușoare, rezistente la coroziune și stabile din punct de vedere dimensional. Acestea oferă, de asemenea, o bună flexibilitate de proiectare și o rezistență dielectrică ridicată și, de obicei, necesită costuri de fabricație mai mici”, spune Kirk, care subliniază că materialele compozite de înaltă rezistență, cum ar fi fibrele de carbon și epoxi, sunt acum folosite și pentru paletele de înaltă performanță.

„Paletele și componentele turbinelor de astăzi trebuie să îndeplinească proprietăți mecanice stricte, cum ar fi rigiditatea ridicată și rezistența la torsiune și oboseală. În plus față de aceste proprietăți mecanice, produsul finit trebuie să ofere o rezistență excelentă la coroziune și o toleranță la temperaturi ridicate. Materialele compozite pot oferi o rigiditate mai mare în multe cazuri și o greutate redusă la piesele finite”, adaugă el.

Dar asta nu este tot. Datorită flexibilității lor, materialele compozite facilitează reparațiile pentru tehnicienii eolieni și asigură o durată de viață mai lungă a paletelor. Materialele pot fi folosite și pentru alte componente ale turbinelor. „Trecerea la capacele de nacelă din materiale compozite, la spinnerele din materiale compozite și, în unele cazuri, la turnarea mai avansată și apropiată a acestor componente compozite, a redus, de asemenea, greutatea totală a unităților față de oțelul și aluminiul tradiționale, astfel încât costurile turbinelor scad.”

Materialele reprezintă mai mult de 90% din costurile de fabricație ale unei pale, astfel încât, dacă turbinele vor crește cu succes în dimensiune, reducerea costurilor este esențială. „Provocarea pentru industria eoliană de astăzi este clară”, spune Alexis Crama, vicepreședinte al LM Wind Power pentru dezvoltare offshore. „Industria trebuie să crească producția anuală de energie și să reducă costurile prin inovații în utilizarea materialelor și în tehnologiile de fabricație, luând în același timp în considerare fiabilitatea și întreținerea eficientă a turbinelor în timpul funcționării.”

El spune că, pe măsură ce palele turbinelor devin mai lungi și se dezvoltă mai multe proiecte offshore, cererea pentru o fiabilitate mai mare și costuri mai mici va crește din partea dezvoltatorilor de parcuri eoliene. „Construirea unor palete mai mari prezintă noi provocări de proiectare, care, în multe privințe, implică regândirea materialelor, a structurii și a altor caracteristici. Palele rotorului sunt, fără îndoială, una dintre cele mai influente piese în ceea ce privește costul energiei.”

Pe lângă faptul că a construit cea mai lungă pală din lume până în prezent (cu o lungime de 88,4 metri – lama este în prezent în curs de testare pentru validarea produsului în Danemarca), LM Wind Power a dezvăluit recent cercetări privind un concept de turnare modulară a lamelor pentru a crește flexibilitatea în producție atunci când se realizează lame mai mari și mai lungi. Noul proces extinde diametrul rotorului prin atașarea unor lungimi variabile ale vârfurilor, fără a presupune cheltuieli suplimentare pentru construirea unei noi matrițe pentru palete.

Acest proces permite fabricarea separată a paletei și a vârfului, urmată de o tehnică tradițională de îmbinare care asamblează permanent o pală, explică Crama. „Printr-o combinație între reducerea costurilor de producție, creșterea dimensiunii rotorului și optimizarea randamentului parcului eolian, se preconizează că aceste produse modulare vor reduce costul energiei pentru aplicațiile cu pale în largul mării cu aproximativ 6 până la 8%.”

El adaugă: „În cele din urmă, câștigătorii industriei eoliene de mâine vor fi cei care se vor putea adapta, inova și extinde la cel mai mic cost.”

.