6 innowacji (bez rewelacji) w rozwoju turbin wiatrowych

Turbiny wiatrowe od dawna stanowią nieodłączny element krajobrazu energetycznego, zapewniając znaczący wkład w produkcję czystej energii. Pomimo braku spektakularnych przełomów, rewolucyjnych odkryć czy nagłych zmian, istnieje niezwykle interesujący i trwały trend ewolucji. Choć może nie ma tu miejsca na błyskotliwe rekordy czy spektakularne triumfy, to właśnie w procesie ciągłego doskonalenia tkwi sedno przemysłu wiatrowego.

Zdjęcie autora: Dawid Kaczmarczyk
Zdjęcie autora: Dawid Kaczmarczyk

Dawid Kaczmarczyk

Redaktor
wiatrak, człowiek

Podziel się

W tym artykule omówimy 6 kierunków rozwoju turbin wiatrowych, przywodzących na myśl motto olimpijskie „szybciej-wyżej-mocniej”. Chociaż w przypadku żadnego z tych rozwiązań nie sposób mówić o przełomie, w sumie ich skutkie będą tańsze, wyższe i mocniejsze turbiny - tylko tyle i aż tyle.

Dłuższe łopaty

Jednak z najmocniejszych turbin oddanych do użytku na świecie. Wysokość słupa szacuje się na 152 m, średnica śmigieł sięga 260 m. Źródło: China Three Gorges Corporation

Dłuższe łopaty (śmigła) mogą przechwycić więcej energii, szczególnie przy niewielkim wietrze. Problem w tym, że większe łopaty zwyczajnie już nie mieszczą się na tiry, więc nie ma jak ich transportować. Rozwiązaniem mogą okazać się segmented wind turbine blades, czyli łopaty składane z mniejszych elementów i klejone na miejscu instalacji.

Wyższe wieże

Im wyżej, tym wiatr silniejszy, ale standardowe wiatraki rurowe mają „zaledwie” 60-100 metrów wysokości. Tymczasem w warunkach polskich zamontowanie turbiny wiatrowej na wieży 160-metrowej pozwoliłoby na zwiększenie produkcji energii o kilkadziesiąt procent. W jaki sposób tanio budować wyższe wieże? Ciekawą propozycją jest powrót do klasycznych konstrukcji kratowych przypominających wieżę Eiffla, która notabene ma ponad 300 metrów. Kolejną zaletą konstrukcji kratowych jest niższy hałas.

Bez względu jednak na to, czy mówimy o konstrukcji rurowej czy kratowej ograniczeniem jest wysokość dźwigów wynoszących w górę elementy struktury. Rozwiązaniem może być budowa gigantycznego rusztowania, ale to nieefektywne ekonomiczne. Lepszym wyborem są…

Dźwigi pełzające

Źródło: https://www.lagerwey.com/

Budowa rusztowań oznacza duże koszty, a klasyczne dźwigi wyższe niż 100 metrów są rzadkie, drogie w wynajmie i kłopotliwe w transporcie. Dźwigi pełzające wspinają się w górę wieży po prowadnicy, co jest tańszym sposobem wynoszenia elementów wieży, gondoli i łopat na znaczne wysokości.

Mniejsze generatory

Mniejszy generator to niższa produkcja energii, co nie brzmi innowacyjnie, jednak łącząc mały generator z większymi łopatami otrzymujemy wyższą produkcję przy niskim wietrze. W miarę przyrostu mocy OZE inwestorzy muszą myśleć nie tylko o tym, jak produkować więcej energii, ale też o tym, jak produkować ją w czasie niższej podaży z konkurencyjnych źródeł.

Drukowanie 3D i spawane spiralnie

Drukowanie metodą 3D betonowego fundamentu oraz wytwarzanie cylindrycznej wieży ze zwiniętych w spiralę i pospawanych arkuszy stali umożliwia wytwarzanie wieży na miejscu, a nie w fabryce, co może być nie do uniknięcia w miejscach oddalonych, z utrudnionym dojazdem.

Wake steering 

Wake steering to metoda obracania turbiny wiatrowej lub rotacji łopat w odpowiedzi na dynamicznie zmieniający się kierunek wiatru. Celem nie jest optymalne ustawienie się do wiatru jednej turbiny, lecz optymalizacja działania całej instalacji turbin. W pewnych warunkach bowiem optymalnie działająca turbina może „zasłaniać” turbinę znajdującą się za nią. Wedle badań NREL, może przynieść to wzrost produkcji o 1-2%.

Podsumowując, żadne z tych rozwiązań nie zmieni diametralnie wyglądu i sposobu funkcjonowania turbin wiatrowych. Inwestorzy i wykonawcy powinni jednak śledzić te kierunki rozwoju, żeby móc elastycznie reagować na nadciągające zmiany.

Źródła:

  1. Carol Laurie, Technology Advancements Could Unlock 80% More Wind Energy Potential During This Decade, NREL
  2. Mathijs Peeters, Gilberto Santo, Joris Degroote, Wim Van Paepegem, The Concept of Segmented Wind Turbine Blades: A Review
  3. dr inż. Andrzej Drwięga, mgr inż. Bogusław Hupa, Problem wysokości wieży w elektrowni wiatrowej; Instytut Techniki Górniczej KOMAG