Доля энергии ветра в общем объеме электроэнергии возрастает: в Германии в настоящее время эксплуатируется более 28 000 ветряных турбин общей мощностью 50 ГВт. Это соответствует доле в 12,3 процента от общего объема производства электроэнергии в Германии в 2016 году. С этими данными о производительности немецкая ветроэнергетика является номером один в Европе, что подтверждают данные Федеральной ассоциации ветроэнергетики.
Ветровые турбины все еще имеют проблемы, когда давление ветра колеблется. Чтобы повысить их эффективность, Институт ветроэнергетических систем им. Фраунгофера IWES в Бремерхафене в настоящее время исследует усовершенствованные лопасти ротора. В совместном проекте «Smart Blades» ученые исследуют концепцию изгибной торсионной муфты (BTK) для лопастей ротора. Пассивная муфта в любое время адаптируется к силам ветра, действующим на лопасть ротора. Если ветровое давление становится слишком сильным, оно уменьшает силы путем скручивания.
Картинная галерея
Новое лезвие ротора может «увернуться» от сильных порывов
Роторные лопасти современных ветряных турбин очень медленно реагируют на изменение скорости ветра. Роторное лезвие длиной до 85 метров описывает круглую площадь 22 670 м² - размер площади Святого Петра в Риме. В этой области сила ветра может значительно различаться: например, давление на лист, который направлен вверх, может сильно отличаться от давления на нижнем листе. Единый порыв не может быть компенсирован внутри лопастей ротора, так как обычные лопасти слишком жесткие, чтобы их скручивать. Если порыв происходит, когда ветер слишком сильный, операторы систем полностью поворачивают лопасти ротора от ветра. Это, в свою очередь, приводит к длительным простоям, при которых электричество не генерируется.
Лопатка ротора, разработанная в проекте, имеет предварительную кривизну, острие лопасти слегка смещено назад в направлении вращения. IWES технологический координатор доктор Элия Даниэле объясняет: «Таким образом, лопасть ротора длиной 20 м способна немного крутиться вокруг своей оси при сильных порывах и в некоторой степени избегать давления ветра». Это уменьшает усилия на лопасти и, в конечном итоге, на всю систему действовать. Таким образом, общий вес новой ветряной турбины может быть уменьшен, поскольку конструкция меньше подвержена нагрузкам. В существующих системах использование лопастей BTK можно использовать для увеличения диаметра ротора без необходимости адаптации других компонентов системы.
Ветровая электростанция
Самые высокие в мире ветряные турбины выходят в интернет
Испытания на усталость проверяют пригодность после 20 лет эксплуатации
Для испытания новой конструкции статические и динамические испытания проводятся в течение нескольких недель на испытательном стенде лопастей ротора Fraunhofer IWES в Бремерхафене. Инженер-испытатель дипл.-инж. Тобиас Риссманн объясняет сложность испытаний: «Установка для испытания на кручение лопасти ротора аналогична традиционному сценарию статического испытания, но требует больше усилий для точного измерения дополнительной деформации». Деформацию по трем основным осям измеряли с помощью оптической измерительной системы под наблюдением. Кроме того, датчики угла были использованы для того, чтобы сила действительно действовала перпендикулярно оси лезвия. Во время последующих динамических испытаний, так называемых испытаний на усталость,нагрузки с полным сроком службы лопастей ротора 20 лет эксплуатации моделируются в значительно сокращенном периоде.
После завершения тестовых испытаний три идентичных лопасти ротора BTK отправляются в США. Там, у подножия Скалистых гор, они собраны для полевых испытаний на исследовательской турбине в партнерстве по проекту Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL). Следующие измерения, проведенные исследователями Фраунгофера, предназначены для того, чтобы показать, работает ли пассивное вращение, как ожидается, при практической работе на открытом воздухе.
После успешных испытаний Fraunhofer IWES не планирует самостоятельно разрабатывать лопасти ротора; скорее, ноу-хау следует создавать и делать доступным для промышленных партнеров. Лист BTK служит демонстратором технологии и предназначен для изучения возможности использования этой технологии на коммерческих листах.