Baza kompozytów dla producentów turbin wiatrowych

Baza kompozytów dla producentów turbin wiatrowych

Producenci turbin wiatrowych uzyskali nowe narzędzie wspomagające rozwój branży w postaci bazy danych zawierającej informacje o głównych komponentach i materiałach użytych do produkcji łopat turbin wiatrowych. Zestawienie opracował zespół badaczy z Stanów Zjednoczonych, w skład którego weszli dwaj profesorowie z Montana State University, John Mandel i Dan Samborsky, oraz ich studenci.

Łopatki turbin wiatrowych powstają w wyniku połączenia włókna szklanego, włókna węglowego i żywicy. Współczesne łopatki mogą mieć długość dochodzącą nawet do 60 metrów i ważyć ponad 22 tony. Ich przewidywana żywotność wynosi co najmniej 20 lat. W tym czasie wirnik obraca się około 500 milionów razy. Aby sprawdzić wytrzymałość materiałów użytych do budowy turbiny należałoby poczekać na wyniki eksploatacji przez tak długi okres. Dzięki nowej bazie danych nie będzie to konieczne.

Dane zawarte w zestawieniu były kompletowane na przestrzeni 17 lat. W ciągu tego okresu udało się zebrać 10000 pomiarów dokonanych na 150 różnych materiałach kompozytowych. Badania udowodniły, że stosowane obecnie materiały mają dużo większą wytrzymałość i są bardziej trwałe w porównaniu z tymi testowanymi na początku przedsięwzięcia. Według rządowej instytucji badawczej, Sandia National Laboratories, która finansowała badania, nowa baza danych jest jednym z największych na świecie archiwów z informacjami o materiałach używanych do produkcji turbin wiatrowych, do którego dostęp może mieć każdy zainteresowany.

Przy tworzeniu bazy szczególną uwagę zwrócono na kwestię zmęczenia materiału. Naukowcy odnosili dane laboratoryjne do różnych modeli i próbowali przewidzieć, jak będzie kształtować się wytrzymałość poszczególnych kompozytów w miarę upływu czasu, przy uwzględnieniu przyciągania grawitacyjnego i oddziaływania wiatru. Metody badawcze zastosowane podczas sporządzania bazy naukowcy musieli opracować na własną rękę. Natomiast obiekty badań pochodziły od producentów wirników i dostawców materiałów potrzebnych do ich wytwarzania ze Stanów Zjednoczonych. Oprócz tego badacze stworzyli własne kompozyty składające się z żywicy, włókna węglowego, oraz ścinków sworzni zrobionych z włókna szklanego. W miarę upływu czasu ograniczano użycie włókna szklanego na rzecz włókna węglowego, materiału trwalszego i lżejszego, ale tym samym droższego.

Przedsięwzięcie naukowców z MSU wpisuje się w okres intensywnych badań nad energią wiatru trwający w latach 80-tych i 90-tych, kiedy budowa turbin uzależniona była od subwencji. Mandell przypomina, że jeszcze w 1987 roku koszt produkcji kilowatogodziny wynosił 10 centów. Obecnie spadł do około 4 centów. Czyni to energię wiatru konkurencyjną cenowo z energią pochodzącą z nowych elektrowni zasilanych gazem ziemnym i węglem.

(au)