La mila vremii: cercetătorii ajută turbinele eoliene să dureze mai mult

Pe fermele eoliene din Danemarca până în Insulele Canare, paletele turbinelor se confruntă cu un inamic neașteptat: ploaia. Vârful acestora poate atinge viteze de 360 km/h, iar la această viteză, picăturile de apă pot eroda treptat marginea frontală a unei palete. Paletele uzate produc mai puțină electricitate, tocmai când Europa se bazează din ce în ce mai mult pe vânt pentru energia sa curată.

Ploaia nu este singurul vinovat. Nisipul și grindina pot, de asemenea, să afecteze suprafețele paletelor, ceea ce face esențială înțelegerea locurilor unde eroziunea este cel mai probabil să apară și cum poate fi limitată.

Dr. Beatriz Méndez López, cercetătoare în domeniul energiei eoliene la Centrul Național pentru Energie Regenerabilă din Spania (CENER) din Sarriguren, Navarra, aduce experiență atât din industrie, cât și din mediul academic în această provocare.

Formată în inginerie și mecanica fluidelor computaționale, a lucrat în industriile de energie eoliană și aeronautică din Spania înainte de a se alătura CENER în 2011. Acum coordonează AIRE, o inițiativă finanțată de UE care investighează modul în care vremea afectează performanța și durabilitatea turbinelor.

Riscurile sunt mari. În 2025, energia eoliană a generat mai mult de o treime din electricitatea regenerabilă a UE. Privind înainte, Comisia Europeană se așteaptă ca energia eoliană să acopere peste 40% din cererea de electricitate a UE până în 2050. Atingerea acestui obiectiv va necesita utilizarea unor turbine mai mari care să ajungă mai sus în atmosferă și explorarea unor locații mai dificile, atât pe uscat, cât și pe mare.

„În viitor, vom avea nevoie de mult mai multă energie eoliană pentru a îndeplini obiectivele de energie regenerabilă ale UE”, a declarat Méndez. „Trebuie să facem turbinele eoliene cât mai eficiente posibil și capabile să funcționeze eficient în diferite locații.”

“

În viitor, vom avea nevoie de mult mai multă energie eoliană pentru a îndeplini obiectivele de energie regenerabilă ale UE.

Mixurile energetice diferă de la o țară la alta, astfel că energia eoliană este mai importantă în unele țări decât în altele. Ásta Hannesdóttir, parte a echipei AIRE, cercetează sistemele de vânt și energie la campusul Risø al Universității Tehnice din Danemarca din Roskilde. Ea cunoaște diferența din experiență: țara ei natală, Islanda, dispune de o abundență de energie hidraulică și geotermală.

„Dar în unele locații, cum ar fi Danemarca, unde aproape nu există energie hidraulică, energia eoliană este esențială.”

Dincolo de viteza vântului

Pentru a ajuta dezvoltatorii să aleagă locații și să proiecteze ferme eoliene mai eficiente, echipa AIRE se concentrează nu doar pe viteza vântului. Cercetătorii folosesc măsurători din fermele eoliene pentru a îmbunătăți modelele de performanță a turbinelor în condiții reale, luând în considerare ploaia, nisipul și condițiile de vânt întâlnite la altitudinile atinse de turbinele moderne.

Ei modelează modul în care se dezvoltă eroziunea paletelor și calculează cât de multă electricitate poate costa operatorii. De asemenea, au investigat cum încetinirea turbinelor în timpul ploilor abundente ar putea reduce daunele, dezvoltând în același timp forme de palete concepute pentru a rezista vremii severe.

„Scopul proiectului este de a înțelege mai bine cum funcționează turbinele eoliene în condiții meteorologice reale”, a spus Méndez.

Echipa reunește 11 universități, companii și centre de cercetare și inovare din șase țări. Colaborarea transfrontalieră oferă cercetătorilor o gamă largă de condiții pentru comparație, cu locații pe uscat și pe mare din Danemarca și Marea Britanie până în Insulele Canare.

Problema cu ploaia

Înțelegerea precipitațiilor este deosebit de provocatoare. Echipa a măsurat precipitațiile la altitudini de până la aproximativ 3 km deasupra solului, înregistrând ce cade, dimensiunea picăturilor sau particulelor și viteza cu care acestea cad.

„Am învățat că efectele precipitațiilor sunt complexe și că mai este mult de înțeles”, a spus Méndez. „Relația sa cu vântul nu este întotdeauna simplă: ploaia nu înseamnă neapărat vânturi puternice și invers. Efectele depind, de asemenea, de faptul că terenul este plat sau mai complex.”

Hannesdóttir a adăugat că măsurarea și simularea efectelor ploii sunt dificile. „Putem plasa două instrumente unul lângă altul și totuși să obținem citiri diferite. De obicei, nu vedem asta cu vântul.”

Cercetătorii explorează modalități practice de a limita daunele. O abordare este reducerea vitezei paletelor în timpul ploilor abundente, când riscul de eroziune este ridicat. Deși aceasta înseamnă generarea unei cantități mai mici de electricitate pe termen scurt, reducerea uzurii ar putea ajuta paletele să dureze mai mult și să își mențină performanța în timp.

Echipa a proiectat, de asemenea, noi forme de palete destinate să îmbunătățească rezistența la daunele cauzate de vreme.

Instrumente concepute pentru industria vântului

Echipa AIRE a reunit modelele și datele sale într-o cutie de instrumente online, ajutând alți cercetători și industria vântului să evalueze riscurile și să îmbunătățească designul și operarea turbinelor.

Resursele includ un atlas al riscurilor de eroziune a paletelor care arată riscurile modelate ale eroziunii cauzate de ploaie în întreaga Europă, un instrument de planificare pentru fermele eoliene în condiții precum ploaia și nisipul, precum și modele care estimează cât de multă electricitate pot pierde turbinile pe măsură ce paletele se uzează.

Cutia de instrumente este open source, ceea ce înseamnă că oricine o poate folosi și adapta.

„Sperăm ca cutia de instrumente AIRE să ofere o resursă durabilă pe care cercetătorii și industria o pot folosi, valida și dezvolta pentru a îmbunătăți fiabilitatea energiei eoliene”, a spus Hannesdóttir.

“

În unele locații, cum ar fi Danemarca, unde aproape nu există energie hidraulică, energia eoliană este esențială.

Resursele au fost dezvoltate în strânsă colaborare cu parteneri industriali, inclusiv divizia daneză a Siemens Gamesa Renewable Energy, Capital Energy din Spania și Engie din Franța.

„Aceștia au testat instrumentele în timpul proiectării și au trimis feedback-ul lor dezvoltatorilor. Utilizarea acestor modele ar trebui să reducă incertitudinea și costurile și să crească producția de energie, ajutând producătorii de palete și operatorii de ferme eoliene să își îmbunătățească designul și operațiunile”, a spus Méndez.

Împărtășirea cunoștințelor

Cercetarea AIRE face parte dintr-un efort european mai amplu de a îmbunătăți prognoza energiei eoliene și designul turbinelor, alături de alte două inițiative finanțate de UE, FLOW și MERIDIONAL. Cercetătorii acestor inițiative au dezvoltat, de asemenea, modele și metode pentru a prezice cât de multă electricitate vor produce fermele eoliene și stresurile pe care le vor experimenta.

Împreună, cele trei echipe au contribuit la WindLab, un hub online de cunoștințe și date cu acces deschis pe care oricine îl poate căuta și utiliza. Acesta conține în prezent peste 1.100 de seturi de date – colecții de măsurători și simulări computerizate – provenind de la 27 de organizații participante.

Datele acoperă totul, de la măsurători ale vântului, ploi și condiția paletelor până la simulări computerizate ale atmosferei. Acestea includ informații despre turbinele terestre și marine, precum și despre sisteme aeriene precum zmeiele.

Pentru Méndez, obiectivul pe termen lung este de a face generarea energiei eoliene mai previzibilă și mai puțin riscantă.

„Sperăm ca moștenirea AIRE să fie o mai bună înțelegere a potențialului eolian al unei locații și a provocărilor legate de vreme pe care le prezintă, ajutând la reducerea riscurilor financiare ale proiectelor viitoare”, a spus ea. „O energie eoliană mai fiabilă va ajuta la stabilizarea prețurilor energiei și va facilita integrarea surselor regenerabile în sistem.”

Pentru Hannesdóttir, scopul este clar. „Vrem să demonstrăm că eroziunea poate fi prezisă și gestionată activ folosind instrumente practice open-source.”

Pe măsură ce turbinelor devin mai mari și sunt amplasate în locații mai dificile, acestea se confruntă cu o gamă mai largă de condiții atmosferice. Prin îmbunătățirea înțelegerii vântului și vremii, cercetătorii speră să ajute turbinele să reziste condițiilor cu care se vor confrunta – și să continue să producă electricitate curată pe care Europa se bazează.

Cercetarea din acest articol a fost finanțată prin Programul Horizon al UE. Opiniile intervievaților nu reflectă neapărat pozițiile Comisiei Europene. Dacă ți-a plăcut acest articol, te rugăm să iei în considerare distribuirea lui pe rețelele sociale.