Tehnologija izgradnje lopatica
    Nedjelja, 11 Rujan 2011 10:45

    Tehnologija izgradnje lopatica

    Ideja je izvorno razvijena za povećanje potiska u sporim zrakoplovima i pojednostavljenju rotora helikoptera. Uskoro bi se mogla poboljšati učinkovitost rotora vjetroturbine i eventualno smanjiti trošak proizvodnje. Ova "cirkulacijska kontrola" je razvoj postojeće aerodinamičke tehnologije. Nova cirkulacijska tehnologija omogućuje turbini da proizvodi znatno više snage od sadašnjih uređaja na istoj brzini vjetra, 30 do 40% više po nekim izračunima.Osnova je tehnička kontrola koja ispuhuje komprimirani zrak iz utora prateći rubove krila ili šuplje lopatice te se pritom mijenjaju aerodinamična svojstva. U zrakoplovu cirkulacijska kontrola krila poboljšava potisak te omogućava da zrakoplov leti na mnogo nižim brzinama, kao i da poleti sa kraćih udaljenosti. U lopatice rotora helikoptera se također ugrađuje ova tehnologija, a naziva se "cirkulacijska kontrola rotora" te se pojednostavljuje rotor i kontrola uz stvaranje više potiska. Istraživanja u cilju prilagodbe tehnologije cirkulacijske kontrole turbine provoditi će kalifornijski PAX u suradnji s Georgia Institute of Technology. Za dvije godine projekt će dovesti do izgradnje demonstracijske pneumatske turbine uz 3 milijuna dolara potpore od Advanced Research Projects Agency  (ARPA-e) ili federalne agencije za istraživanje i razvoj. Naš cilj će biti da proizvodnju električne energije iz vjetroelektrana pojeftinimo tako eliminiramo potrebu za složenim oblikom lopatice i mehaničkih sustava kontrole koji se koriste u postojećim turbinama, rekao je Robert J. Englar, glavni istraživački inženjer na Georgia Tech Research Institute ( GTRI). Nove lopatice će učinkovito raditi i na nižim brzinama vjetra, potencijalno možemo otvoriti nova geografska područja za primjenu vjetroturbina. Moguće je značajno proširiti proizvodnju električne energije iz energije vjetra u SAD-u. ARPA-e projekt će primjenjivati ​​tehniku ​​kontrole aerodinamičkih svojstava lopatice turbine koja sada mora biti komplicirana u složenim oblicima lpatice i pod kontrolom složenih kontrolnih mehanizama za izdvajanje optimalne snage kod različitih brzina vjetra. Brzina vjetra pri kojima će turbine početi raditi će biti znatno niže nego kod postojećih lopatica, rekao je Englar. Mjesta na kojima brzina vjetra prethodno nije bila prikladna za vjetroturbine sada postaju korisna. Kompresorska tehnologija trebala bi omogućiti siguran rad pri većim brzinama vjetra  koji su mogli uzrokovati da se postojeće turbine zatvore kako bi se spriječilo oštećenje. Budući da će proizvesti više aerodinamične snage, veći okretni moment, a snaga od usporedivih oštrice, te puhane strukture koje razvijaju Georgia Tech i PAX također može omogućiti smanjenje veličine vjetroturbina. Ako vam je potrebna određena sila vjetra i moment za proizvodnju električne energije, možemo dobiti tu snagu i okretni moment od manje lopatice, jer nova koncepcija snažnije podiže površinu, kaže Englar. Glavno pitanje studije je koliko će se energije biti potrebno za proizvodnju komprimiranog zraka da zrak lopatice može raditi. Preliminarne studije je učinio profesor Lakshmi Sankar u Georgia Tech Aerospace strojarstva upućuju na to da vjetroturbina puhane lopatice može proizvesti 30 do 40% više energije od konvencionalnih turbina na istoj brzini vjetra, čak i kada se energija potrebna za proizvodnju komprimiranog zraka oduzima od ukupne proizvodnje energije. Nove lopatice turbine bit će razvijene u GTRI low-speed zračnom tunelu, a istraživački pogon se nalazi u Cobb County, sjeverno od Atlante. Tvrtka PAX vidi tehnologiju cirkulacijske kontrole kao ključ za razvoj nove generacije turbina koje bi mogle značajno smanjiti troškove proizvodnje električne energije iz vjetra. "Ovo je osnova razvoja turbine R & D", izjavio je predsjednik Uprave Ivan PAX Webley. "S ovim zajmom, možemo vrlo brzo ubrzati naš program istraživanja i u sljedeće dvije godine implementirati prototip turbine."
    www.windpowerengineering.com

    1

    Blade Dynamics Ltd je mlada tvrtka koja se nalazi u Isle of Wightu i New Orleansu, a koja želi promijeniti obrazac u performansama i pouzdanosti postojeće tehnologije lopatica vjetroagregata. Njihova ideja je da umjesto proizvodnje sve većih monolitskih lopatica, treba prijeći na manje lopatice. Oni vjeruju da će veće lopatice povećati troškove održavanja kvalitete toliko da će iste postati neisplative i da je lakše početi proizvoditi manje lopatice koristeći poznate tehnologije sa poznatom kvalitetom u normalnim tvornicama, te time olakšati i transport lopatica. Tada bi se lopatice u blizini mjesta postavljanja vjetroagregata spajale u kompletan proizvod. To je kontra intuitivno za većinu stručnjaka, jer svi smatraju da se bolji integritet lopatica postiže u slučaju da je struktura monolitna. Predsjednik Blade Dynamicsa Paul Rudling tvrdi pak da je tehnologija spajanja dijelova dovoljno poznata i da uz dovoljnu kontrolu kvalitete mogu imati puno veću pouzdanost sa lopaticama napravljenim iz više dijelova, nego što će imati velike monolitne strukture. Naravno, cijela priča o Blade Dynamicsu se ne svodi samo na njihov drugačiji pristup cijeloj ideji velikih lopatica nego i na cijelom novom principu projektiranja i proizvodnim procesima za proizvodnju dužih lopatica. Ideja im je povećati lopaticu, a uz zadržavanje mase, te bi se tako moglo proizvesti više energije. Također kane promijeniti tehnologiju proizvodnje kompozitnih materijala od kojih se rade lopatice, pošto je današnja tehnologija nastavak stare tehnologije koja se koristila još za gradnju brodova, te u Blade Dynamcsu smatraju da nije primjerena za ultra moderne lopatice vjetroagregata. Blade Dynamics želi početi ispočetka, te zato cijeli proces proizvodnje lopatica provjerava od osnovne konfiguracije do specifičnih dijelova. Želja im je napraviti takvu tehnološki naprednu lopaticu koja bi povećala godišnju proizvodnju električne energije za 10%. Blade Dynamics je preko partnerstva sa Američkim tvrtkama dobio pristup proizvodnoj lokaciji pokraj New Orleansa koja je dobro povezana rijekom i morem. Njihova tvornica u Isle of Wightu pak ponajviše služi za istraživanje i razvoj. Tvrtka trenutno ostvaruje solidan prihod nudeći konzultantske usluge, a njihov prvi pravi proizvod je lopatica Dynamic 49 čija bi proizvodnja trebala početi uskoro. Ta lopatica bi trebala redefinirati dizajn i rad lopatica te poboljšati performanse u odnosu na trošak, a koristi nekoliko novih patentiranih tehnologija. Lopatica se sastoji od nekoliko većih podkomponenti koje se naknadno spajaju, a svi dijelovi se mogu prevoziti u kontejnerima kraćim od 15 metara. Blade Dynamics je objavio da se neće opredijeliti za neku posebnu kombinaciju materijala nego će to ovisiti o zahtjevima što se tiče kvalitete, proizvodnje i dostupnosti. Naravno, uvijek će se tražiti kombinacija materijala koja daje snagu, malu masu i čvrstoću zajedno sa dugotrajnošću i izdržljivošću. Za odabir materijala i procesa za Dynamic 49 lopaticu je isprobano više stotina kombinacija, a odabrana kombinacija za 49 metarsku lopaticu (koja bi se trebala koristiti za 2 MW vjetroagregate) ima masu od 5.900 kg što je dosta manje od sličnih lopatica za 2 MW vjetroagregate koje najčešće imaju oko 8.000 kg. Zbog toga se može koristiti veći rotor za postojeće 2 MW vjetroagregate bez da se ijedna komponenta preoptereti. Od novih tehnologija izrade lopatica za sada je Blade Dynamics predstavio dvije. Prva od njih je korištenje nove tehnologije za kritično područje priključivanja korijena lopatice na glavčinu vjetroagregata. Većina proizvođača koristi velike klinove za koje moraju bušiti kompozitne materijale. Inženjeri iz Blade Dynamicsa su krenuli drugim putem te su osmislili tzv. kompozitni korijenski umetak koji se u industriji najčešće zove „mrkva". Ova „mrkva" umeće konus iz vanjskog cilindričnog dijela u tanki klinasti unutrašnji dio, a sam dizajn je smišljen kako bi opterećenje bilo progresivno duž rotora a ne da se koncentrira na pojedine dijelove. Sama „mrkva" se sastoji od kompozitnog vanjskog omotača koji obuhvaća navojnicu metalnog otvora koja će primiti vijak za spoj na lopaticu. Metalni otvor je obrađen da primi spomenuti vijak na adekvatan način. Cijela jedinica je pak proizvedena na takav način da su kompozitna vlakna omotana oko otvora, te svako vlakno olakšava prijenos opterećenja i time omogućuje jačinu i trajnost mjesta spoja. Zahvaljujući većoj efikasnosti i sigurnosti „mrkva" omogućuje proizvodnju struktura koje su tanje i lakše nego kod konvencionalnih rješenja. Prilikom testiranja Dynamic 49 korijenski umetak je izdržao opterećenja veća od 200 kN što je puno veće nego potrebno prilikom izloženosti ekstremnim vjetrovima, te ima puno manji zamor materijala nego konvencionalni dizajn. Druga novo predstavljena tehnologija je patentirana pod nazivom BladeSkyn, a bavi se završnom obradom lopatica. Ovo uključuje korištenje tankog (130 mikrona) površinskog sloja čija je osnova termoplastična nanotehnologija. Ovaj materijal je potpuno proziran, i štiti protiv korozije i ogrebotina te sprječava progresivnu degradaciju aerodinamičkih performansi. Također je prikladan za temperature od -40 do 80 stupnjeva celzijusa, ima slabu reflektivnost te odbija prljavštinu. Dodatni troškovi za korištenje BladeSkyna bi trebali biti umjereni u odnosu na uštedu tokom pogona i održavanja za vrijeme cijelog radnog vijeka. U budućnosti se mogu očekivati druge inovacije i novi proizvodi od BladeDynamicsa koji će promijeniti dizajn lopatica vjetroagregata i proizvodnju istih.
    www.vjetroelektrane.com

    3
    5


    Siemens je predstavio svoju prvu lopaticu duljine 75 metara, za koju tvrde da je trenutno najdulja lopatica na svijetu. Lopatice B75 Quantum biti će postavljene na drugi prototip Siemensovog priobalnog vjetroagregata, snage 6 MW, koji bi ove godine trebao biti instaliran u danskom ispitnom centru Østerild. Lopatica pokazuje izvanrednu izdržljivost pri maloj težini, te zahvaljujući posebno dizajniranom aerodinamičkom profilu ima mogućnost optimiranja rada pri širokom rasponu brzina vjetra, tvrde u Siemensu. Kada bi se lopatica B75 proizvodila tradicionalnom tehnologijom bila bi 25-50% teža, a teže lopatice zahtijevaju otpornija i jača kučišta, toranj i temelje. Kombinacija inteligentnog rješenja dizajna i male težine ima pozitivan učinak na samu cijenu energije vjetra, stoji u izvješću. Posljednji Siemensov vjetroagregat ima snagu 6 MW, promjer rotora 154 metara i površinu pokrivanja 18.600 m2. Koristeći vlastitu tehnologiju naziva IntegralBlade process, kompanija proizvodi lopatice iz jednog komada bez ikakvih spojeva. Takav način izrade lopaticama daje veću izdržljivost i otpornost, što u konačnici značajno povećava učinkovitost vjetroagregata.
    www.vjetroelektrane.com


    Istraživači u Europi i Sjedinjenim Američkim Državama intenzivno istražuju povećanje lopatica vjetroagregata za snagu od 10 do 20 MW. Prošle godine je napravljen izvještaj Upwind: Design Limits and Solutions for Very Large Wind Turbines čija je svrha bila procijeniti da li 20 MW priobalni vjetroagregati mogu postati realnost, i to pomoću današnje tehnologije. Kratki zaključak bi bio da tehnologija postoji, ali da će ekonomija morati procijeniti je li to isplativo. Cilj većih vjetroagregata je slijedeći – povećati efikasnost hvatanjem više energije korištenjem većih lopatica – i to je ostvarivo. Sam projekt UpWind je iznosio 33 milijuna dolara, te je trebao procijeniti isplativost i smisao takvih velikih vjetroagregata. Pogled u budućnost je ostvaren već prošle godine kada je Vestas predstavio 7 MW priobalni vjetroagregat, a kojeg će testirati DONG Energy. Isto tako je GE najavio razvoj generatora za 10-15 MW vjetroagregate. Istraživački projekt Upwind kojeg vodi Europska Unija je korak naprijed u procjeni izazova koji će se pojaviti. U samom projektu sudjeluje čak 48 partnera, od čega ih je pola iz privatnog sektora i pola iz akademskog i istraživačkog sektora, te je time najveće javno/privatno partnerstvo u sektoru energije vjetra. UpWind demonstrira da je 20 MW vjetroagregat isplativ, i da nema nekih većih problema ako se nekoliko ključnih inovacija razvije i integrira. Naravno, te inovacije povisuju troškove, te je isplativost ovisna o nekim kompleksnim parametrima. UpWind je za procjenu parametara kod većih vjetroagregata kao referencu uzeo 5 MW vjetroagregat, koji je onda ekstrapoliran na 10 MW, te naknadno na 20 MW, za koje se procjenjuje promjer loaptica od čak 250 metara i nominalna snaga od 20 MW. Jedna od glavnih stavki za veće vjetroagregate je razvoj novih materijala koji dodatno smanjuju masu i pojačavaju strukturnu snagu lopatica. Veliki vjetroagregati za more će morati biti izdržljiviji i imati još veću pouzdanost. UpWind je u svojem izvještaju istaknuo da 20 MW vjetroagregati trebaju inovaciju u više područja. Pri ekstrapolaciji virtualnog 20 MW vjetroagregata koji ne koristi inovacije nego sadašnju tehnologiju, UpWind je zaključio da je ovakav vjetroagregat skoro nemoguće proizvesti, te da ne bi bio ekonomičan. Imao bi masu od čak 880 tona u gondolu, te se ne može koristiti u normalnoj luci ili postaviti sa brodovima koji se trenutno koriste. Lopatica bi imala preko 120 metara i ne bi se mogla proizvesti u komadu, te bi morala biti napravljena od nekih novih kompozitnih materijala da izdrži sva opterećenja. Sam projekt UpWind je stoga razvio inovacije pomoću kojih bi osnovni dizajn bio uvelike poboljšan, te potencijalno ekonomičan. Glavni nedostatci ekstrapoliranog vjetroagregata su masa na vrhu stupa, opterećenje na cijelu strukturu i aerodinamička kontrola lopatica rotora. UpWindov projekt velikog vjetroagregata je pak efikasan, lagan, pametan i siguran. Prvo se smanjuje zamor materijala, te se koriste materijali sa manjim omjerom mase i snage, a treći ključni korak je korištenje distribuirane kontrole aerodinamike lopatica, za koji je potrebno razviti napredne koncepte lopatica sa integriranom kontrolom i aerodinamičkim uređajima, što je veliki odmak od trenutačne tehnologije. Zamor materijala se može smanjiti za 20-40 posto pomoću više različitih metodologija. Dodatno se opterećenje može smanjiti korištenjem napredne kontrole rotora za „pametne" vjetroagregate. UpWind projekt je u tu svrhu demonstrirao da pojedinačno namještanje nagiba svake loaptice smanjuje opterećenja za 20-30%. Dvostruki nagib kao prvi korak prema distribuiranoj kontroli lopatice smanjuje opterećenja za 15%. Napredne strategije kontrole su važne za velike priobalne vjetroelektrane, u kojima je UpWind demonstrirao da se 20% snage može izgubiti zbog zavjetrine između vjetroagregata. Stoga su predloženi optimirani pregledi vjetroelektrana, te su razvijene inovativne strategije kontrole, recimo smanjenje snage prvog reda vjetroagregata (time postaju transparentnije za protok zraka/vjetra). Pri većoj optimizaciji sustava potrebno je imati što točnije mjerenje vjetra, koje će imati minimalne nesigurnosti. Inženjeri u Risøe institutu su nakon pet godina istraživanja zaključili da bi mega vjetroagregati bili 20% skuplji po jedinici snage od 5 MW vjetroagregata, ako bi se gradili na isti način, te su također napravili pregled svih relevantnih područja tokom svoje procjene. Istraživači se nadaju da će povećana snaga sa većom efikasnošću postići manju cijenu proizvodnje energije iz vjetra.
    www.vjetroelektrane.com


    Britanska tvrtka Blade Dynamcis objavila je kako će u sklopu offshore projekta vrijednog 15.5 milijuna funti krenuti sa proizvodnjom lopatica dužine od 80 do 100 metara. Nove lopatice biti će izgrađene od karbonskih vlakana, za razliku od konvencionalnih lopatica koje se rade od stakloplastike te su u prosjeku duge od 60-75 metara. Početak proizvodnje očekuje se krajem 2014. godine. Iz Blade Dynamicsa tvrde kako će lopatice težiti do 40% manje u odnosu na uobičajene sustave, čime će se omogućiti značajne uštede kroz cijeli sustav vjetroelektrane. Lopatice bi se trebale koristiti u novim generacijama offshore vjetroelektrana koje se trenutno razvijaju, a koje bi trebale imati snagu od 8-10 MW. Projekt sufinancira britanski Energy Technologies Institute, koji će postati kapitalni investitor u razvoj lopatica, a trenutno pomaže u razvoju tehnologije i rastu tvrtke. Voditelj offshore vjetroenergetskih projektata u ETI-ju, Paul Trinick, izjavio je: "Offhsore energija vjetra ima veliki potencijal za razvoj britanskog energetskog sustava ukoliko danas uspijemo smanjiti troškove proizvodnje. Ulaganjem u ovaj projekt omogućiti ćemo razvoj veći i učinkovitijih lopatica što je ključan moment u razvoju učinkovitijih turbina te smanjenja troškova električne energije.
    www.croenergo.eu
    Pročitano 1549 puta

    O nama

    Hrastović Inženjering d.o.o. od 2004. se razvija u specijaliziranu tvrtku za projektiranje i primjenu obnovljivih izvora energije. Osnova projektnog managementa održivog razvitka društva je povećanje energijske djelotvornosti klasičnih instalacija i zgrada te projektiranje novih hibridnih energijskih sustava sunčane arhitekture. Cijeli živi svijet pokreće i održava u postojanju stalni dotok Sunčeve energije, a primjenom transformacijskih tehnologija Sunce bi moglo zadovoljiti ukupne energetske potrebe društva.

    Kontakt info

    HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o.
    Kralja Tomislava 82.
    31417 Piškorevci
    Hrvatska

    E-mail: info@hrastovic-inzenjering.hr
    Fax: 031-815-006
    Mobitel: 099-221-6503
    © HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o. - design & hosting by Medialive