Analiza zastosowania kompozytów w produkcji energii odnawialnej – wiatrowej

W ciągu ostatnich 20 lat energia wiatrowa wyprzedziła węgiel i jest obecnie uważana za drugą, co do wielkości formę wytwarzania energii (Wind Europe, statystyki za rok 2016). Całkowita moc elektrowni wiatrowych w UE wynosi 153,7 GW – w tym 141,1 GW na lądzie i 12,6 GW na morzu – i pokrywa 10,4 % zapotrzebowania UE na energię elektryczną. W 2016 r. Niemcy były największym rynkiem dla nowych instalacji wiatrowych (44% wszystkich instalacji w UE), a następnie Hiszpania, Wielka Brytania i Francja. Produkcja energii wiatrowej na morzu rośnie na całym świecie, a kolejną generacją są pływające platformy. Pierwsza pływająca platforma energii wiatrowej została zainstalowana w Norwegii na morzu o głębokości 220 metrów. Jak wypowiadają się projektanci farm wiatrowych, energia wiatrowa mogłaby pokryć całość dostaw energii elektrycznej w Niemczech, gdyby udało się rozwiązać problemy z magazynowaniem energii. Obecnie, jeden z największych dostawców energii odnawialnej w Niemczech, pracuje nad dużymi akumulatorami. W warunkach laboratoryjnych pierwsze testy wykazały sukces przechowywania energii w grotach solnych przy użyciu specjalnych tworzyw sztucznych. Należy zaznaczyć, że obecnie jedna trzecia całej energii elektrycznej w Niemczech pochodzi z odnawialnych źródeł energii, takich jak energia wiatru.

Podnoszenie wydajności produkcji energii wiąże się również z nowym wyzwaniem dla logistyki. Transport gotowych elementów elektrowni wiatrowych wymaga nie lada wysiłku. Wszystkie przewidywania dotyczące dalszego rozwoju wielkości łopat i wiatraków zostały już dawno przekroczone. Średnice wirników na lądzie wynoszą obecnie od 60 do 70 metrów, podczas gdy średnice wirników na morzu są już dwa razy większe. Firmy, które wykonały już prototypy mogą pochwalić się osiągami na poziomie 8 MW przy średnicy wirnika 164 m. Rozwiązaniem mogą być np. dwuczęściowe łopatki wirnika z żywic epoksydowych. Z technicznego punktu widzenia jest to spore wyzwanie, jednak ułatwia transport.

Wyzwaniem są również lokalizacje o słabym wietrze, które wymagają większych łopat wirnika, a dodatkowo wyższa szybkość oraz większe wirniki oznaczają zwiększenie wydajności przy jednoczesnym utrzymaniu kosztów serwisu urządzeń na mniej więcej tym samym poziomie. Ponieważ lokalizacje nadmorskie i inne dobre lokalizacje są już zajęte, turbiny wiatrowe muszą być eksploatowane w lokalizacjach, w których wiatr wieje z minimalną akceptowaną siłą.

Instalacje te wymagają jeszcze większych wirników, aby osiągnąć tą samą wydajność przy znacznie niższych prędkościach wiatru.
Ze względu na długie użytkowanie elektrowni wiatrowych wyzwaniem staje się również sam proces serwisowania i naprawy platform, wierz, gondoli oraz łopat. Te ostatnie są szczególnie narażone na uszkodzenia, ze względu na dynamikę pracy. Coraz częściej poszukuje się rozwiązań pozwalających na redukcję czasu diagnostyki oraz naprawy łopaty. Ważnym czynnikiem są również ograniczenia pogodowe pozwalające na sprawną naprawę łopat i skracaniu czasu postoju elektrowni wiatrowej. Ciekawe rozwiązania zaprezentowano na wystawie w Husum, gdzie firma Structrepair w kontrolowany sposób naprawiła łopatą wirnika w ciągu 30 min.

Niestety, w Polsce energetyka wiatrowa od 2016 roku nie wykazuje Wzrostu porównywalnego z europejskim, ale jak przewiduje agencja ICIS w kolejnych latach planowany jest rozwój farm morskich na Bałtyku.