 Ветровые турбины способны производить электроэнергии экологически чистым способом. Тем не менее, волоконно-армированные пластики, часто используемые в очень больших лопастях практически невозможно переработать. Поэтому следует уделить внимание стальным лезвиям: поскольку они состоят из стали, их вторичная переработка превышает 90 процентов. Кроме того, они стоят значительно дешевле, чем сопоставимые пластиковые лопасти.
Чтобы сохранить легкость веса, большинство крупных лопастей изготавливают из волокнита. Эти материалы редко перерабатываются в настоящее время, отчасти из-за сложности подобного процесса. Исследователи из института Фраунгофера в Хемнице поэтому делают ставку на металл, и особенно сталь, как материал лезвия. В небольших установках, больший вес стальных лезвий является несущественным; в установках более крупных размеров могут использоваться легкие сплавы для регулирования веса лезвия. Сотрудничая с коллегами из Свободного университета Брюсселя (VUB) исследователи Фраунгофера разрабатывает необходимую аэродинамику, а также необходимую для производства технологическую цепочку.
Производство стальных лезвий предлагает многочисленные преимущества. «Во-первых, это делает турбины значительно более экологичными, так как более 90 процентов стали может быть переработано - так что использование металлических лопастей действительно обеспечивает экологически чистую энергию ветра», объясняет Марко Прол, научный сотрудник. «Более того, по сравнению с аналогичными лопастями из армированного стекловолокном пластика, стоимость массового производства лезвий уменьшается на целых 90 процентов - и лезвия могут быть изготовлены более точно».
Металлические лопасти также могут быть получены быстрее, при условии, что процессы запускаются параллельно. Новый металлический лист подается в производственной линию, сразу после того как только предыдущее лезвие завершило первый шаг процесса – что позволяет выпускать лопасти с конвейера примерно каждые 30 секунд. С волокнитом, тот же самый процесс, как правило, занимает несколько часов.
Основная причина этих различий лежит в производственном процессе. Лопасти из армированного стекловолокном пластика часто требуют значительных затрат на ручную обработку: во-первых, лезвия должны иметь соответствующую форму. В зависимости от варианта производства, рабочие склеивают маты в эту форму, добавляют смолу, и оставляют компонент твердеть в течение нескольких часов в духовке. Это приводит к появлению двух половинок; как только их края обрезаются, половинки могут быть склеены вместе. Эти шаги могут быть выполнены одновременно, как в производстве лезвий из листового металла - но это не делает их быстрее. Это займет десяток работающих установок, параллельно производящих пластиковые лопасти с той же скоростью, как и у металлических.
В противоположность этому, производство металлических лопастей легко автоматизировать: процессы аналогичны тем, что проходят в автомобильной промышленности, что означает, что они пригодны для серийного производства. Исследователи начинают с плоского листа металла, который они сгибают с использованием кромкозагибочного штампа, чтобы дать ему типичную форму лезвия. Затем они проводят лазерную сварку краев с образованием закрытого профиля. После размещения сформованной части в инструмент с требуемой конечной формой, исследователи затем закачивают многоразовую смесь воды и масла внутри лопасти и подвергают ее давлением под несколько тысяч баров, что эквивалентно давлению под водой на глубине многих тысяч метров. Это эффективно раздувает лезвие, придавая ему окончательную форму. «То, что мы сформировали лезвие изнутри, позволяет нам компенсировать любые неточности в предыдущих шагах», объясняет Прол. «Геометрия становится совершенной после первой стадии производства, с лопастями, соответствующими профилю потока с точностью 0,1 мм».
Исследователи уже произвели лезвие шириной в 15 сантиметров и длиной в 30 сантиметров, используя его для оптимизации отдельных стадий обработки. Следующим шагом будет производство целого ротора для вертикальной турбины с 2,8-метровыми лопатками и диаметром два метра. После того, как она будет установлена на полигоне для небольших ветровых турбин на бельгийском побережье, она будет проверена на ее производительность.
|
