Megawattový souboj obřích větrníků
Elektřina z větru hraje v globální energetice stále větší roli a výrobci větrných turbín vyvíjejí stále mohutnější zařízení. Závod o největší větrnou turbínu světa přináší i unikátní technická řešení.
Větrné turbíny loni pokrývaly více než 6 % celosvětové poptávky po elektřině a celková kapacita všech turbín na konci roku 2019, kdy bylo do sítě přidáno dalších 59,7 GW (což je podstatně víc než 50,3 GW v roce 2018) dosáhla 650,8 GW. Rok 2019 tak byl druhým nejsilnějším větrným rokem z hlediska tempa růstu, které činilo 10,1 %.
Ve světě nyní probíhá souboj o největší větrnou turbínu. Odehrává se zejména mezi evropskými, americkými a čínskými výrobci. Všichni přitom musí řešit složité technické problémy už při testování jednotlivých komponentů. I přední experti přiznávají, že jen pouhá manipulace s lopatkou dlouhou přes 100 m je na hranici současných technických možností. Pokrok ve větrné energetice tak generuje rozvoj celé řady dalších technických oborů.
Stametrové rotory nad vodami
Pravidlo, že větší je lepší, platí hlavně u elektráren na moři, kde mohutnější rotory a delší lopatky projektanti navrhují, aby turbína fungovala i při nízkých rychlostech větru, byla méně citlivá na jeho kolísání, a její výkon se dal lépe předvídat. Největší turbína na světě, kterou chce americká GE uvést na trh příští rok, bude mít výkon 12 MW, průměr rotoru s listy 220 m a lopatku dlouhou 107 m. Má generovat až 67 GWh ročně. Pro dopravu turbíny k testům na moře bylo nutné použít speciální plavidla a těžké mobilní jeřáby o hmotnosti až 250 tun. Série dynamických, statických a únavových zkoušek, která zahrnuje několik milionů měření, má potvrdit, že turbína za dobu své životnosti vydrží až 100 mil. otáček. Díky tomu tak vzniká několik speciálních testovacích center zaměřených právě na obří větrníky.
Projekt na měření aerodynamiky velkých větrných turbín, první svého druhu na světě, odstartovala v německém Bremerhavenu společnost Fraunhofer IWES. Jako testovací vzorek bude sloužit 8MW větrná turbína Adwen o průměru rotoru 180 m. Cílem je posoudit, zda stávající výpočetní modely platí rovněž pro mamutí větrné turbíny na moři. Dosavadní výpočetní modely totiž vycházejí z dynamiky tekutin a jejich přesnost byla ověřena jen na menších turbínách.
GE chce ještě letos ve Wieringerwerf na severu Nizozemska otevřít unikátní technologické středisko, které bude zkoumat především systémy fixující lopatky k náboji turbíny a umožňující jejich náklon, což poskytne možnosti maximalizovat množství využité energie větru. Očekává se, že pokrok v této oblasti dovolí navrhovat ultra velké lopatky o délkách až 120 m.
Vědci z Technické univerzity v Dánsku zase na katedře větrné energie instalovali zkušební zařízení pro dynamické testy turbín na odhalení skrytých vad. Senzory sledují, jak v průběhu času a při změně zatížení narůstá poškození lopatek s předem vestavěnými vadami. Cílem projektu je vytvořit digitální dvojče každé lopatky, které by modelovalo její budoucí stav. Vědci očekávají, že tímto způsobem by řídicí středisko větrné farmy mohlo předpovídat poruchy lopatek dříve, než k nim skutečně dojde.
Kdo postaví největší turbínu?
V závodě o největší mořský větrník dotírají na aktuálně vedoucí GE další firmy. Letos v květnu představila svého obra Siemens Gamesa. Rotor s listy má mít o 2 metry větší průměr (222 m) a také lopatka bude o metr delší (108 m) než turbína GE. Prototyp má být hotový v roce 2021 a komerční nasazení se očekává o tři roky později. Firma tak chce udržet více než 50% podíl na světovém trhu větrné energie.
Pozadu však nehodlá zůstat ani Čína. Skupina MingYang Smart Energy Group letos zveřejnila projekt 11MW turbíny. Prototyp s průměrem rotoru 203 m chce mít hotový v roce 2021 a komerční výrobu plánuje v roce 2022. Turbína bude mít hybridní lopatky dlouhé 99 m ze skelných a uhlíkových vláken, převodovka dostane podobné parametry jako převodovky pro letecké motory. Kompaktní design by měl zajistit maximální izolaci vnitřku gondoly proti korozi způsobené slaným mořským vzduchem.
161
