Un equip d’investigadors treballa des de fa dos anys i mig en el disseny d’una nova turbina eòlica marina de 50 megawatts, gairebé sis vegades més potent que la turbina de 8,8 megawatts de Vestas instal·lada recentment per Vattenfall a les costes d’Escòcia. Les proves començaran amb els prototips de les fulles aquest estiu a Colorado.
Aquesta potent turbina marca un canvi radical respecte al disseny d’una turbina eòlica convencional. La turbina eòlica estàndard instal·lada avui dia és una màquina de tres pales posicionada amb les pales enfrontades als vents entrants.
Les pales per al denominat aerogenerador de rotor segmentat ultralleuger (SUMR), al revés, s’orientarien a sotavent. El disseny “go-with-the-flow” es va inspirar en les palmeres, que han evolucionat per resistir els vendavals i huracans.
Així com les fulles de palmera es dobleguen i cedeixen a la direcció del vent, les fulles segmentades per la turbina SUMR es plegarán juntes, alineades amb la direcció del vent, quan els vents bufin forts.
“Estem intentant que les pales de la turbina estiguin més alineades al llarg de la ruta de càrrega, perquè puguem sortir amb una massa estructural més baixa i tenir menys fatiga i menys mal”, va dir Eric Loth en una entrevista. Loth és president del departament d’enginyeria mecànica i aeroespacial a la Universitat de Virgínia i el líder del projecte SUMR.
L’equip d’investigació creu que el disseny a favor de vent possibilitarà el desplegament de turbines eòliques marines a gran escala en zones d’Estats Units, com l’Atlàntic Sud i el Golf de Mèxic, on les velocitats del vent poden arribar als 320 km per hora en tempestes severes.
Al novembre de 2015, un equip d’investigació liderat per la Universitat de Virgínia va rebre una subvenció de 3,56 milions de dòlars per tres anys de l’Agència de Projectes d’Investigació Avançada-Energia (ARPA-E) per dissenyar una turbina SUMR de 50 megawatts. L’equip inclou investigadors de la Universitat d’Illinois, la Universitat de Colorado, l’Escola de Mines de Colorado, el Laboratori Nacional d’Energia Renovable (NREL) i els Laboratoris Nacionals Sandia.
L’equip d’investigació es reuneix regularment amb una junta assessora de la indústria que inclou representants dels principals fabricants de turbines, com GE, Siemens Gamesa i Vestas.
L’equip d’investigació té l’objectiu de dissenyar una turbina de 50 megawatts que pugui reduir el cost anivellat de l’energia eòlica marina fins a un 50% per 2025. “Necessitem generar turbines que no siguin necessàriament més eficients però que costin menys de construir i mantenir “, va dir Loth.
“Cal fer alguna cosa diferent en l’enfocament tecnològic per anar més enllà”, va dir en una entrevista Todd Griffith, professor associat d’enginyeria mecànica a la Universitat de Texas a Dallas i membre de l’equip d’investigació.
Treure pes de les pales
Un objectiu principal del projecte és treure pes de les pales de la turbina. El pes augmenta les “càrregues globals” transferides des de les pales a la galleda de la turbina i, d’acord amb Griffith, és la principal limitació per fabricar pales cada vegada més grans per a les turbines eòliques marines en contra del vent.
Les pales de les turbines convencionals estan fetes principalment de fibra de vidre amb una mica de fibra de carboni. Podria incorporar més fibra de carboni en el disseny per afegir resistència, però té un cost. “Hi ha bones raons per les quals la fibra de vidre és l’estàndard de la indústria. És barat i té bones propietats de rigidesa “, va dir Loth.
Griffith se sent encoratjat per les investigacions en curs, finançades pel Departament d’Energia dels EUA, per reduir el cost de la fibra de carboni. “És una cosa que pot adaptar-se perfectament a les nostres fulles”, va dir.
Les fulles segmentades facilitaran la instal·lació
L’equip de recerca està convençut que el disseny estàndard contra el vent amb fulles convencionals no funcionarà per a turbines eòliques marines d’escala extrema previstes pel projecte.
“Els fulls de cenyida en contra del vent convencionals són cares de fabricar, desplegar i mantenir per sobre de 10 a 15 MW. Han de ser rígides, per evitar la fatiga i eliminar el risc d’atacs de torres en fortes ràfegues “, va dir Griffith en un comunicat en què va anunciar la concessió d’ARPA-E.
Una altra preocupació és la logística. Amb les pales de la turbina superant els 100 metres – la turbina Haliade-X de 12 megawatts presentada per GE el mes passat estarà equipada amb pales de 107 metres de llarg – l’enviament de les pales de la fàbrica al lloc del projecte es converteix en un autèntic desafiament.
S’espera que les pales per la turbina SUMR de 50 megawatts tinguin almenys 200 metres de longitud. Una frontissa de monyó prop de la galleda permetria que les fulles es pleguin per complet i s’acumulin amb els vents huracanats. I pel fet que cada fulla es fabricarà en cinc a set segments i s’acoblarà en el lloc on es construirà el projecte, els desenvolupadors evitaran haver de descobrir com transportar fulles amb la longitud de dos camps de futbol.
Les fulles ultralleugeres serien capaços de transformar-se a sotavent, o com ho van expressar els investigadors, “deformar-se en la direcció del flux”.
Les proves amb prototips, a l’estiu
L’equip d’investigació aviat posarà a prova els seus conceptes de disseny en el món real. A finals de l’estiu, començaran les proves amb les pales prototip construïdes a una escala d’una cinquena part dels 105 metres de llarg dissenyades per a una turbina SUMR de 13,2 megawatts.
El rotor de dues pales, amb fulles de 21 metres, s’instal·larà en una torre de 12 pisos al Centre Nacional de Tecnologia Eòlica de NREL situat al sud de Boulder, Colorado.
Una empresa d’enginyeria i fabricació amb seu a l’estat de Washington que s’especialitza en materials compostos avançats i metalls exòtics, Janicki Industries, està construint les pales, i s’espera que les lliurin a principi d’estiu.
“Estem fent algunes coses que no s’han fet abans en termes d’imitar les càrregues i la dinàmica de la turbina a gran escala”, va dir Todd Griffith. “Podem reduir aquestes característiques a escala d’una cinquena part amb la qual podem fer la prova de manera molt rendible”.
Les dades de rendiment de les proves del prototip s’inclouran en els models de disseny de l’equip. L’equip del projecte està programat per completar el disseny d’una turbina SUMR de 50 megawatts per a la primavera que ve.
“La reducció de pes és un gran impulsor en el disseny”, va dir Griffith, que va començar a investigar fulles de 100 metres fa una dècada com a membre de l’equip tècnic d’eòlica marina a Sandia National Laboratories.
Les pales de les turbines convencionals estan fetes principalment de fibra de vidre amb una mica de fibra de carboni. Podria incorporar més fibra de carboni en el disseny per afegir resistència, però té un cost. “Hi ha bones raons per les quals la fibra de vidre és l’estàndard de la indústria. És barat i té bones propietats de rigidesa “, va dir Loth.
Griffith se sent encoratjat per les investigacions en curs, finançades pel Departament d’Energia dels EUA, per reduir el cost de la fibra de carboni. “És una cosa que pot adaptar-se perfectament a les nostres fulles”, va dir.
Les fulles segmentades facilitaran la instal·lació
L’equip de recerca està convençut que el disseny estàndard contra el vent amb fulles convencionals no funcionarà per a turbines eòliques marines d’escala extrema previstes pel projecte.
“Els fulls de cenyida en contra del vent convencionals són cares de fabricar, desplegar i mantenir per sobre de 10 a 15 MW. Han de ser rígides, per evitar la fatiga i eliminar el risc d’atacs de torres en fortes ràfegues “, va dir Griffith en un comunicat en què va anunciar la concessió d’ARPA-E.
Una altra preocupació és la logística. Amb les pales de la turbina superant els 100 metres – la turbina Haliade-X de 12 megawatts presentada per GE el mes passat estarà equipada amb pales de 107 metres de llarg – l’enviament de les pales de la fàbrica al lloc del projecte es converteix en un autèntic desafiament.
S’espera que les pales per la turbina SUMR de 50 megawatts tinguin almenys 200 metres de longitud. Una frontissa de monyó prop de la galleda permetria que les fulles es pleguin per complet i s’acumulin amb els vents huracanats. I pel fet que cada fulla es fabricarà en cinc a set segments i s’acoblarà en el lloc on es construirà el projecte, els desenvolupadors evitaran haver de descobrir com transportar fulles amb la longitud de dos camps de futbol.
Les fulles ultralleugeres serien capaços de transformar-se a sotavent, o com ho van expressar els investigadors, “deformar-se en la direcció del flux”.
Les proves amb prototips, a l’estiu
L’equip d’investigació aviat posarà a prova els seus conceptes de disseny en el món real. A finals de l’estiu, començaran les proves amb les pales prototip construïdes a una escala d’una cinquena part dels 105 metres de llarg dissenyades per a una turbina SUMR de 13,2 megawatts.
El rotor de dues pales, amb fulles de 21 metres, s’instal·larà en una torre de 12 pisos al Centre Nacional de Tecnologia Eòlica de NREL situat al sud de Boulder, Colorado.
Una empresa d’enginyeria i fabricació amb seu a l’estat de Washington que s’especialitza en materials compostos avançats i metalls exòtics, Janicki Industries, està construint les pales, i s’espera que les lliurin a principi d’estiu.
“Estem fent algunes coses que no s’han fet abans en termes d’imitar les càrregues i la dinàmica de la turbina a gran escala”, va dir Todd Griffith. “Podem reduir aquestes característiques a escala d’una cinquena part amb la qual podem fer la prova de manera molt rendible”.
Les dades de rendiment de les proves del prototip s’inclouran en els models de disseny de l’equip. L’equip del projecte està programat per completar el disseny d’una turbina SUMR de 50 megawatts per a la propera primavera
font: elperiodicodelaenergia
