Tehnologija stealth vjetroturbina
    Ponedjeljak, 09 Siječanj 2012 13:40

    Tehnologija stealth vjetroturbina

    Ozbiljniji razvoj vjetroagregata nevidljivih za radare je započet početkom ovog stoljeća, nakon što je uočeno da su tisuće MW vjetroelektrana na čekanju jer se nalaze na mjestima gdje postoji problem interferencije s lokalno postavljenim radarima. Procjenjuje se da je u svijetu barem 20 GW vjetroelektrana blokirano u radu. Zabranjena je izgradnja vjetroelektrana na određenim lokacijama zbog zabrinutosti oko interferencije sa radarskim sustavima, i to i civilnim i vojnim. Posebno je problematičan utjecaj vjetroelektrana na sustave kontrole zračnog prometa. U razvoju lopatica nevidljivih za radar najdalje je stigao Vestas, koji je na Međunarodnom forumu za vjetar i radar u Kanadi, u srpnju ove godine objavio da je uspješno testirao vjetroagregat u stvarnoj veličini koji je koristio tehnologiju nevidljivosti. Vestas je tu tehnologiju razvijao zajedno sa tvrtkom QinetiQ koja inače razvija tehnologiju za vojnu i stratešku industriju.

    Kako vjetroagregat utječe na radar
    Vjetroagregati su velike strukture, a vjetroelektrane su velika područja sa mnogo velikih građevina koje zajedno sa svojim reflektirajućim površinama i rotirajućim lopaticama predstavljaju značajan radarski presjek (RCS – Radar Cross Section). Jednostavno gledajući to znači da oni izgledaju kao veliki statički ili treperavi objekt na ekranu radara, čime drugi objekti mogu postati nejasni, pa postoji zabrinutost zbog mogućeg utjecaja na zračni promet. Taj problem je značajan u „manjim" državama sa puno zračnog prometa i puno projekata velikih vjetroelektrana kao što su Velika Britanija i Nizozemska. Prema procjenama je samo u Velikoj Britaniji 12 GW projekata vjetroelektrana u zastoju zbog ovog problema. Naravno problemi postoje i u drugim zemljama, kao što su recimo neki dijelovi SAD-a.

    Povijesni pregled problema
    Već tokom 2003. godine je Odjel za razmjenu i industriju vlade Velike Britanije zatražio studiju utjecaja vjetroelektrana na radare kako bi što bolje razumjeli kompleksne međuutjecaje, i kako bi razvili smjernice industriji vjetra za najbolju procjenu lokacija vjetroelektrana s ciljem smanjivanja interferencije. Početnu studiju je izrađivao QinetiQ, tada nedavno privatizirani dio DERA-e (Agencija za istraživanje i procjenu obrane) unutar kojeg je prije 60 godina i osmišljen radar. Oni su korištenjem kompjuterskih simulacija, proučavanjem postojećih vjetroelektrana i testiranjem na terenu Enercon E66 vjetroagregata uz eksperimentalni radarski sustav, uspjeli razviti model za operatere vjetroelektrana, te su došli i do drugih korisnih otkrića. Najvažnije od tih otkrića je bilo da se RCS vjetroelektrana najviše može smanjiti pomoću materijala koji apsorbiraju radarske signale. Visina stupa se pokazala nebitnom za RCS, ali zato oblik kabine i stupa mogu smanjiti utjecaj na radar.

    Radarska interferencija
    Radarski sustavi rade na način da šalju pulsove radio valova koji se odbijaju od objekata. Vraćanjem valova do radarske stanice promjene u dolazećem signalu se interpretiraju pomoću softvera te se generira slika onog što je na putu zrake. Najčešće se objekti prikažu kao slika ili točka na ekranu. Što je veći RCS to je on uočljiviji na ekranu. Civilni zrakoplovi imaju veliki RCS pa su lako uočljivi na ekranu, dok su vojni zrakoplovi isprojektirani za mali RCS. Radari se razlikuju i po valnim duljinama koje koriste. Radari sa dugačkim valnim duljinama koriste nižu frekvenciju i rade na većem području. Kod njih je veća šansa pojave objekta, ali također lakše dolazi do interferencije ili pojave "smeća" na ekranu. Kraći radari koji se uglavnom koriste u civilnim agencijama pokazuju manje "smeća", ali njima češće promaknu mali i nevidljivi objekti. Stupovi i kabine vjetroagregata su poseban problem za radare jer su veliki, a lopatice dodatno i rotiraju. Sami radari su uglavnom isprogramirani da ignoriraju objekte koji se ne miču, ali to se ovdje ne može primijeniti pošto se kod vjetroagregata lopatice konstantno vrte. Zbog te vrtnje radari na lokaciji vjetroelektrana prikazuju zbunjujući veliki objekt, odnosno crnu rupu na ekranu koju je onda teško razlikovati od drugih objekata na tom mjestu, odnosno od zrakoplova neovisno na kojoj visini lete. Drugi problem je da vjetroelektrane mogu stvoriti i područja zasjenjenja pri čemu se ne mogu vidjeti zrakoplovi koji lete na nižim visinama. Velike vjetroelektrane mogu utjecati i na navigacijske instrumente na brodovima i zrakoplovima što je veliki problem posebice kod mnogobrojnih projekata sa velikim priobalnim vjetroagregatima na Sjevernom moru. Općenito vjetroagregati utječu na radio valova na više načina. Staklom pojačana plastika koja čini većinu vjetroagregata je sama po sebi refleksivna, kao što su i gromobrani koji se nalaze na unutarnjoj strani lopatica i stupa. Stupovi i kabine mogu imati velike RCS-ove pogotovo kad je na lokaciji puno vjetroagregata. Kut i nagib lopatica isto može utjecati na RCS. Recimo ako se lopatice nalaze pod kutem 90 stupnjeva u odnosu na radar imat će veći utjecaj nego da se nalaze u nekoj drugoj poziciji. Za smanjenje RCS-a postoji nekoliko potencijalnih rješenja unutar samog sustava radara odnosno unutar softvera.

    Smanjivanje utjecaja vjetroagregata na detekciju radara
    Prema zadnjim istraživanjima postoji nekoliko načina da se smanji vidljivost vjetroagregata na radaru. Jedan od načina je korištenje materijala koji upijaju radarske zrake, ali je kod njih problem što bi mogli smanjiti aerodinamičnost lopatica, a i proizvodnja lopatica bi postala preskupa. Qinetiq je pri predstavljanju svoje tehnologije otkrio da prema njihovim istraživanjima ne moraju svi dijelovi vjetroagregata biti premazani materijalom koji upija radarske zrake, nego ponajviše vodeći i zadnji dijelovi brida. Isto tako se dijelovi stakleno kompozitne strukture mogu zamijeniti s materijalima koji upijaju radar. Kabina i stup se također mogu premazati takvim materijalima ili se izgraditi bez ravnih površina kako bi smanjili RCS.

    Izrada nevidljivih lopatica
    Vestas i Qinetiq su započeli suradnju 2006. godine, te su nastavili s istraživanjima koja je Qinetiq započeo u suradnji sa vladom Velike Britanije. Na početku se testirao jedan vjetroagregat sa tri 34 metarske lopatice na kojem je postignuto smanjenje radarske oznake za 25 dB/m2. Od ulaska Vestasa u projekt koristio se 3 MW V90 vjetroagregat sa 44 metarskim lopaticama. Tokom 2009. se testirala jedna lopatica, a od 2011. cijeli rotor. Prema podatcima s tih testiranja RCS vjetroagregata se uspješno smanjio za 20 dB/m2 pomoću više različitih metoda. Prvo i osnovno su stup i kabina premazani sa 5 mm debelim namazom materijala koji upija radarske zrake. Koristio se i materijal koji ima dva sloja smole pojačane staklom i plastičnom pjenom koji je ugrađen u strukturu lopatice, te se sama masa lopatice pri tome praktično ne mijenja. Troškovi ovog zahvata su iznosili oko 10% ukupnih troškova izrade lopatica. Iako Vestas i Qinetiq tvrde da su testiranja bile uspješna, mnogi izražavaju sumnju da se time smanjuje vidljivost vjetroagregata na radarima koji koriste niske frekvencije.

    Alternativni načini smanjivanja interferencije
    Jedna od alternativnih metoda koja bi ujedno mogla biti jednostavna i jeftina je prijenos telemetrije, što bi značilo da se u stvarnom vremenu procjenjuje RCS vjetroelektrane te se time uklanja problem interferencije. To bi se moglo postići postavljanjem samo četiri senzora na svaki vjetroagregat koji bi odašiljali konstantnu brzinu, lokaciju, nagib i kut radaru. Ipak nije poznato da li itko trenutačno razvija tu metodu. Druga alternativa je korištenje "holografskih" odnosno trodimenzionalnih radara. Takav radar je razvio Cambridge Consulting, a bazira se na konstantnom praćenju svih parametara okoliša, te bi trebao prepoznati razliku između vjetroagregatra i zrakoplova na osnovu njihovog ponašanja. Komercijalno testiranje ove tehnologije je trebalo početi u rujnu prošle godine na zrakoplovnoj luci Prestwick u Škotskoj. Vlada Velike Britanije je zajedno sa predstavnicima industrije vjetra financirala projekt od 7,5 milijuna dolara kojim se pokušava procijeniti da li bi se sa dodatnom opremom i softverom moglo razlikovati vjetroelektranu od drugih objekata u 90% slučajeva. Projekt razvija Raytheon Canada. Raytheon u isto vrijeme u SAD-u razvija alat za predviđanje interakcija postojećih radara i predloženih vjetroelektrana. Taj projekt je vrijedan 22 milijuna dolara.

    Zaključak
    Iako trenutno nije sigurno da li će se u budućnosti koristiti tehnologija koju razvijaju Vestas i Qinetiq, ili će se pak koristiti novi softver i oprema u samim radarima izvjesno je da će tržište za nove tehnologije postojati. Najvjerojatnije je da će se koristiti oba rješenja ovisno o tehničkim i ekonomskim uvjetima lokacije potencijalnih vjetroelektrana.
    www.vjetroelektrane.com
    1

    Vjetrenjače koje mogu izbjeći budno oko radara u zračnim lukama i vojnim bazama omogućiti će iskorištavanje energije vjetra koja je dosad bila nedostupna.Naime, procjenjuje se da trenutno na svijetu postoji 20.000MW neiskorištene energije vjetra, obzirom da vjetrenjače na pojedinim osjetljivim mjestima izazivaju smetnje u radu kontrolnih stanica. Radari zamijenjuju vjetrenjače za zrakoplove koji se kreću na malim visinama. Novom tehnikom, koja je razvijena nakon pet godina istraživanja tvrtke Vestas, specijalizirane za visoku tehnologiju za vjetrenjače, u suradnji s britanskom udrugom za zračni i svemirski prostor QinetiQ, stručnjaci su uspjeli stvoriti prvi prototip vjetrenjače koja je nevidljiva za radare. Tajna je u posebnim materijalima koji upijaju, umjesto da emitiraju elektromagnetske valove.Testovi provedeni u Velikoj Britaniji pokazaju da, u usporedbi s običnim vjetrenjačama, ove „nevidljive" smanjuju „radar cross section" tj. vidljivost objekata za 99%. „Rezultati pokazuju da smo uspjeli primijeniti vojnu tehnologiju nevidljivih zrakoplova „Stealth": stvorili smo turbine koje mogu biti smještene i primijenjene na mnogim mjestima koja su dosad bila zabranjena zbog ometanja radara" – potvrdio je Finn Strøm Madsen, predsjednik odjela za istraživanje i razvoj tvrtke Vestas. Za ljudsko oko se, međutim, ništa ne mijenja. Novi generatori neće biti puno drugačiji od velikih vjetrenjača na koje smo naviknuti.
    www.biosvijest.hr

    Osvjetljenje na vrhu vjetroagregata, koja služi kao upozorenje letjelicama, u nekoj mjeri može predstavljati vizualnu smetnju stanovncima u blizini vjetroelektrana. Trenutno se stoga razvija nekoliko rješenja koja se bave ovom problematikom. Poblematici vezanoj za sustav radara i vjetroagregate posvećeno je mnogo pozornosti; prema prošlogodišnjem EWEA-inom istraživanju u Europskoj Uniji je stopiran razvoj najmanje 19 GW projekata upravo zbog poteškoća utjecaja na radare. No, radari nisu jedni problem koji je potrebno prevladati kako bi vjetroagregati i avioni lakše koegzistirali, svjetlosna navigacija koja se nalazi na vrhu vjetroagregata sa sobom nosi drugu problematiku. Kako bi riješili ovu problematiku, Vestas je od norveškog specijalista za radare, OCAS AS, u listopadu 2011. godine preuzeo tehnologiju OCAS (Obstacle Collision Avoidance System), koja djeluje na način da aktivira svjetlosnu navigaciju samo onda kada se neka letjelica nalazi u neposrednoj blizini vjetroelektrane. Takav sustav minimizira bilo kakav vizualni utjecaj na okolinu i stanovnike, olakšava koegzistiranje vjetroagregata i letjelica, te omogućava postavljanje većih vjetroagregata na lokacijama gdje postoje određena svjetlosna ograničenja. OCAS sustav bazira se na niskoenergetskom radarskom sustavu koji se nalazi unutar same vjetroelektrane. Na području pokrivanja od 5 km i 220º radar skenira okolinu, te ukoliko registrira neku letjelicu proračunava njezin smjer, brzinu i visinu na kojoj se nalazi i određuje da li je letjelici potrebno poslati upozorenje. Slanjem upozorenja istovremeno se aktiviraju svjetlosvi sustavi na vjetroagregatima. Tehnologija nudi i dodatnu mogućnost uključivanja zvučnog signala na odobrenoj VHF frekvenciji. Nakon što letjelica preleti vjetroelektranu svjetla se automatski isključuju. Ukoliko sustav zakaže, odnosno registrira neki kvar, sva svjetla će se automatski upaliti. Od kako je OCAS pušten u testni rad, svi preleti su registrirani i sve komunikacije između radara i letjelice, odnosno radara i vjetroagregata, bile su ispravne. Vestas je prvo postavio ovaj sustav na vjetroelektrane Gansparken, Näsudden Väst i Stugyl, koje se nalaze na švedskom otoku Gotland. Elektrane se sastoje od 27 Vestas-ovih vjetroagregata V90-2.0 i V90-3.0, koje su u vlasništvu 700 manjih kompanija i privatnih vlasnika. Andreas Wickman, glavni izvršni direktor jedne od tih kompanija, Wickman Wind, izjavio je kako dobiva značajne pozitivne reakcije od lokalnog stanovništva. Nakon svih testiranja i dobivanja pozitivnih rezultata, Vestas planira ovu tehnologiju proširiti na svjetskoj razini, počevši od lokacija koje imaju svjetlosna ograničenja, te na kraju na sve svoje vjetroagregate. Cijena same tehnologije ovisi o tome koliko je radara potrebno postaviti. Radarski sustav mora pokrivati svih 360 º, što znači da njihov broj ovisi o terenu na kojem se elektrana nalazi, njezinoj složenosti i broju vjetroagregata. Da bi se uvođenje tehnologije na neku elektranu isplatilo, ona mora imati 5 do 10 vjetroagregata. Cijena jednoga radara iznosi oko 100.000 eura, a za elektranu koja se sastoji od 27 vjetroagregata potrebno je 5 radara. Iako ovaj sustav rješava niz dosadašnjih problema, još uvijek ostaje problem visine rasvjetnih tijela. Naime, trenutno se ista nalaze na kućištu vjetroagregata, što nije najviša točka, a postavljanje na najvišu točku, odnosno vrh lopatice moglo bi više zbunjivati pilote nego što bi bilo korisno. U Danskoj se trenutno na tu temu vodi niz rasprava, foruma i radionica, pa se kroz neko vrijeme očekuju nova rješenja i prijedlozi novih regulacija. Svaka zemlja ima drugačije regulacije, pa je potreban cijeli niz različitih rješenja koja će se razvijati uz suradnju vojnih i civilnih stručnjaka. Prema napisima od strane Renewable UK, očekuje se da bi do 2020. godine u razvoj radarskih sustava i rješavanje ove problematike moglo biti uloženo oko 100 milijuna funti.
    www.ewea.org
    Pročitano 1453 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