Badacze z Instytutu Fraunhofera ds. Stosowanych Badań Polimerów połączyli siły z firmą BBF Group, tworząc rozwiązanie, które może znacząco wpłynąć na rynek małych turbin wiatrowych. Ich konstrukcja uruchamia się przy wietrze wiejącym z prędkością zaledwie 2,7 metra na sekundę, podczas gdy konkurencyjne systemy wymagają około 4 m/s do rozpoczęcia pracy. Różnica wydaje się niewielka, ale w praktyce może decydować o opłacalności całej inwestycji.
Rewolucja w małych turbinach wiatrowych czy sprytny trik z kompozytami?
Małe turbiny przegrywały dotąd nie z burzami, ale z bezwietrzną codziennością. Tam, gdzie średnia prędkość wiatru oscyluje wokół 3-4 m/s, klasyczne wirniki po prostu nie mają z czego “zrobić” energii. Nowa konstrukcja niemieckich inżynierów celuje właśnie w tę szarą strefę wietrzności, radząc sobie nie tylko w warunkach słabego wiatru, ale również wtedy, kiedy zrobi się szczególnie wietrze. Jeżeli ta obietnica utrzyma się poza tunelem aerodynamicznym, na takich nowych innowacyjnych mikroturbinach zyskają nie tylko właściciele domów, ale też małe firmy, gospodarstwa agroturystyczne czy punkty w terenie, które dziś ratują się agregatem albo przewymiarowaną fotowoltaiką.
Czytaj też: Zawieje nad domem, a prąd zrobi się darmowy. Włosi tak zakręcili turbinami, że aż trudno w to uwierzyć
Cały sekret tego osiągnięcia tkwi w zupełnie nowym podejściu do projektowania łopat wirnika. Zamiast tradycyjnego rdzenia z pianki, niemieccy specjaliści zastosowali dwuwarstwowe skorupy z kompozytów włóknistych, które pozostają puste w środku. To rozwiązanie pozwoliło zmniejszyć masę łopat o 35 procent w porównaniu z konwencjonalnymi odpowiednikami. Sam proces produkcyjny wykorzystuje z kolei zaawansowane technologie, w tym przemysłowe drukarki 3D o imponujących wymiarach roboczych 2 × 2 metry. Precyzyjne układanie włókien zapewnia z kolei automatyczny system, co gwarantuje wysoką jakość przy minimalnym nakładaniu się warstw materiału.
Czytaj też: Niemcy otworzyły szampana, bo poranki zaświeciły prądem. Takiej elektrowni nie ma żaden inny kraj
Specjalna struktura laminatu pełni funkcję inteligentnego systemu bezpieczeństwa. Podczas silnych wiatrów łopaty automatycznie zmieniają kąt nachylenia, redukując prędkość obrotową i chroniąc turbinę przed przeciążeniem. Eliminuje to potrzebę skomplikowanych systemów sterowania i dodatkowych mechanizmów, co teoretycznie powinno obniżyć koszty eksploatacji.
Wydajność bliska teoretycznego maksimum
Wyniki testów w tunelu aerodynamicznym wyglądają imponująco. Turbina osiąga do 450 obrotów na minutę i generuje 2500 watów mocy przy prędkości wiatru 10 m/s. To przekłada się na wydajność 53 procent, co zbliża się do teoretycznego maksimum określonego przez limit Betza wynoszący 59,3 procent. Ta wartość obliczona przez niemieckiego fizyka Alberta Betza prawie sto lat temu, określa maksymalną ilość energii kinetycznej wiatru, jaką można przekształcić w energię mechaniczną. Współczesne turbiny wiatrowe działają zwykle z wydajnością od 60 do 80 procent tego limitu, co przekłada się na rzeczywistą sprawność między 35-48 procent. Nowa konstrukcja rzeczywiście wypada korzystnie na tym tle, choć warto pamiętać, że to wciąż tylko wyniki laboratoryjne.
Pięć prototypów trafiło właśnie do BBF Group w celu przeprowadzenia testów terenowych w różnych lokalizacjach. Dopiero te badania pokażą, jak system sprawdzi się w prawdziwych warunkach i jaki wpływ na jego wydajność ma położenie oraz wysokość instalacji. Plany specjalistów na najbliższą przyszłość obejmują dalszą optymalizację wirników oraz rozwój struktur z monomateriałów – chemicznie identycznych komponentów, które mają być łatwiejsze do recyklingu niż obecne kompozyty. Ten kierunek rozwoju wydaje się szczególnie obiecujący, ponieważ może znacząco poprawić bilans środowiskowy małych turbin wiatrowych.
Prawdziwy sprawdzian czeka tę turbinę w terenie. Liczyć się będzie odporność na oblodzenie i zasolenie powietrza, realny koszt łopat w produkcji seryjnej, hałas przy typowych obrotach oraz to, czy producent poprze projekt solidną gwarancją, a nie broszurą. Jeśli pomiary z instalacji pokazowych potwierdzą stały uzysk przy słabym wietrze i niskie koszty serwisu, mały wiatr przestanie być loterią i stanie się rozsądnym uzupełnieniem fotowoltaiki. Na razie wiemy, gdzie są obietnice i gdzie mogą pojawić się ograniczenia. Teraz trzeba poczekać, aż praktyka zweryfikuje elastyczne łopaty.