Větrníky s inovativními lopatkami vyrobí více elektřiny

[karelkilian]

Dobrý den,

máme tu první květnový pátek a s ním také další článek ke čtení, zamyšlení a případné diskuzi. Dnes se podíváme na nové lopatky větrných elektrárem.

Přeji hezký den.
Karel Kilián

Větrné elektrárny s inovativními lopatkami vyrobí více elektřiny

Skupina vědců ze Stanfordovy univerzity nedávno prohlásila, že by celý svět mohl být do roku 2050 poháněn obnovitelnou energií. Tato představa je sice dosažitelná, ale bude vyžadovat rychlé tempo v oblasti technických inovací.

Dánská technická univerzita (DTU) přišla s novou koncepcí lopatek větrných turbín, která „má potenciál výrazně snížit roční náklady na větrnou energii“, a podpořit tím celosvětové úsilí o přechod na obnovitelné zdroje. Inovativní konstrukce nazvaná SmartTip by mohla při nasazení ve velkém měřítku eliminovat „miliony tun CO2 ročně“, uvádí v prohlášení.

Koncept SmartTip

Projekt konceptu SmartTip byl zahájen v roce 2017 a dokončen v loňském roce. Výzkumníci v rámci projektu zjistili, že zvětšením stávajícího rotoru lze ročně vyrobit podstatně více energie a zároveň „inteligentním způsobem zmírnit zatížení“ turbíny.

Do projektu, který vznikl v rámci spolupráce společností DTU Wind Energy a Siemens Gamesa Renewable Energy investoval dánský Inovační fond v přepočtu přibližně 26 milionů korun. Cílem bylo vyvinout inovativní špičky/hroty lopatek pro větrné turbíny, jež měly zvýšit produkci energie o 8 % ročně.

Záměr byl definován následovně: „Čím větší je rotor větrné turbíny, tím více energie může vyrobit. Zvětšování velikosti rotoru moderních větrných turbín je však náročné, protože zatížení obvykle roste více než energetický výkon. Cílem je navrhnout a otestovat nové konce lopatek, které umožní zvětšit velikost rotoru při menším zatížení.“

Klíčové špičky lopatek

Špičky lopatek jsou částí větrné turbíny, která produkuje nejvíce energie, avšak podléhá největšímu zatížení a generuje nejvíce hluku. Složité proudění vzduchu na špičce vyžaduje sofistikované simulační nástroje, proto bylo nutné provést mechanické zkoušky a experimenty v aerodynamickém tunelu. Testovány byly různé návrhy konců lopatek.

Úspěšná aplikace těchto inovativních koncepcí má potenciál dosáhnout výrazně vyšších ročních energetických výnosů a mohla by být využita i pro rozvoj technologií stávajících větrných turbín. Segment výroby elektřiny z větru přesáhl v Dánsku v roce 2016 118 miliard dánských korun a zaměstnává více než 30 tisíc lidí.

Zvýšení výroby energie o 8 % nebo více by mohlo mít významný dopad na dánský průmysl. Kromě dalších benefitů by pomohlo vytvořit ještě více pracovních míst a zvýšit přebytek dánského vývozu elektřiny.

Výsledky dobré, ale lehce pod očekáváním

V rámci projektu byly navrženy nové špičky lopatek. Jejich testy prokázaly potenciální zvýšení roční produkce energie při neutrálním zatížení o 4 až 6 %, tedy o něco méně, než se předpokládalo v původním projektu.

Prototypy špiček byly vyrobeny a testovány ve velkokapacitním zařízení, v aerodynamickém tunelu Poul la Cour a prakticky vyzkoušeny na atmosférické rotační plošině na DTU. Ačkoli bylo zveřejněno jen málo podrobností o designu špiček, Dánská technická univerzita ve své tiskové zprávě zveřejnila několik obrázků.

Výzkumníci tedy prakticky ověřili, že zvětšením stávajících rozměrů rotoru lze vyrobit více energie a zároveň zmírnit negativní zatížení špiček lopatek. Kromě snížení nákladů na výrobu elektřiny má novinka potenciál otevřít dveře k revoluci v odvětví větrné energie a dalšímu zvýšení účinnosti pro spolehlivější a efektivnější obnovitelný zdroj energie.

Co říkáte na projekt SmartTip?

Zdroje: innovationsfonden.dk, interestingengineering.com, windenergy.dtu.dk. orbit.dtu.dk.

[fugas]

No, říkám že se to jmenuje winglet a nové je to asi jako nejstarší řemeslo.Jde tam o minimalizaci indukovaného odporu, což velice mírně může zvýšit výnos, v řádu jednotek procent, poněkud více snížit hlučnost.A nepřekládá se to jako špička, ale koncový oblouk.A vzhledem k odstředivým silám, které běžně například na křídlo letadla, kde se to běžně používá, nepůsobí bych se toho poněkud bál.

[KUTIL]

Na konci lopatky vzniká tzv. indukovaný odpor, ktorý je tvorený vyrovnávaním tlakov medzi spodnou a hornou plochou listu. Tam sa tvorí aj väčšina hluku. U lietadiel sa používajú tzv. "winglety", plôšky smerujúce hore a dozadu ktoré tie víry tvarujú d prijateľnejšej formy. Odpor krídla sa o pár percent zníži .
Pri veterných turbínach nemožno tie plôšky vyviesť mimo roviny rotácie, lebo sú potom namáhané odstredivou silou, čo prináša pevnostné problémy a hlavne problémy s kmitaním.
Stretol som sa s prípadom aerodynamického kríženia profilov, keď po dĺžke asi 75 %od koreňa je asymetrický profil ktorý smerom k špičke prechádza plynule do symetrického profilu. Týmto sa na konci listu zníži rozdiel tlakov. Skúšal som to na jednej vrtuli. Výkon neviem porovnať, avšak hluk, aj dovtedy minimálny sa znížil na nulu.