Riblety na łopatach turbin wiatrowych usprawniają przepływ
Szybko pływające polujące rekiny, takie jak żarłacz biały, mają wyjątkową cechę przystosowawczą na pokrytej łuskami skórze – zmniejsza ona opór, a tym samym poprawia ich efektywność energetyczną i szybkość. Na każdej łusce znajdują się tzw. „riblety”, które upłynniają przepływ wody, zmniejszając turbulencje i straty energii. Inżynierowie pracujący w branży lotniczej i kosmicznej interesują się ribletami już od lat 80. ubiegłego wieku, a efektem tego zainteresowania jest szereg nowych technologii. Finansowany przez Unię Europejską projekt Riblet4Wind powstał z zamiarem wprowadzenia sprawdzonej technologii ribletów, która sprawdziła się w sektorze lotniczym, w coraz ważniejszych zastosowaniach w dziedzinie systemów odnawialnej energii wiatrowej.
Od rekinów po samoloty i turbiny wiatrowe
Inżynierowie biorący udział w projekcie Riblet4Wind obrali za punkt wyjścia opracowaną wcześniej powłokę wykorzystującą riblety oraz zautomatyzowaną jednoetapową technologię nanoszenia powłoki. Jak twierdzi koordynator projektu Dorothei Stübing: „Przeprowadzone przed rozpoczęciem realizacji projektu Riblet4Wind eksperymenty w tunelu aerodynamicznym wykazały, że profile lotnicze pokryte tą powłoką wykazują lepsze właściwości aerodynamiczne, zwiększając doskonałość nawet o 30 %. Próby w locie fragmentów poszycia z powłoką zawierającą riblety oraz kompleksowe badania wpływu starzenia się i zużycia na właściwości aerodynamiczne potwierdziły potencjał tej technologii”. Podobnie jak w przypadku różnych gatunków rekinów, które mają różne riblety, zależnie od warunków środowiskowych, różnorodność profili powietrznych oznacza konieczność zastosowania zindywidualizowanych ribletów, zapewniających maksymalną efektywność. Wymagało to opracowania nowatorskich symulacji aerodynamicznych łopat turbin wiatrowych powlekanych ribletami w celu określenia optymalnych wymiarów ribletów, jak również takiego ich umiejscowienia na łopatach, które zapewnia największe korzyści. Naukowcy pracujący w ramach inicjatywy Riblet4Wind musieli również zmodyfikować materiały i procesy pozwalające na wykonanie zaprojektowanych elementów. Po przygotowaniu odpowiednich technologii, naukowcy mogli przystąpić do ich pełnoskalowej demonstracji na turbinie wiatrowej.
Przezwyciężanie przeszkód, przekraczanie oczekiwań i dalsze plany
Droga do wdrożenia innowacji bywa wyboista. Uczeni napotkali różne przeszkody, które poskutkowały brakiem optymalnych warunków do zademonstrowania technologii. Jednym z głównych wyzwań była konieczność wykorzystania 20-letniej turbiny wiatrowej do demonstracji technologii i jej korzyści w zakresie zwiększenia produkcji energii. Stübing podkreśla, że pomimo tych przeszkód, „udało nam się skutecznie nałożyć powłokę z ribletami na trzy łopaty wirnika – dzięki czemu osiągnęliśmy lepsze wyniki niż w przemyśle lotniczym. Ponadto przez dziewięć miesięcy monitorowaliśmy wpływ powłoki na sprawność turbiny. Testy aerodynamiczne przeprowadzone w ramach projektu znacząco wykroczyły poza zaplanowane zadania”. Szeroko zakrojone eksperymenty w tunelu aerodynamicznym z profilami łopat pokrytych ribletami pozwoliły na uzyskanie szczegółowych informacji na temat wpływu ribletów na aerodynamiczne właściwości łopat przy różnych kątach natarcia. W projekcie Riblet4Wind trwa obecnie analizowanie możliwości przetestowania technologii na nowoczesnej turbinie wiatrowej na badawczej farmie wiatrowej, wyposażonej w aparaturę pomiarową i infrastrukturę energetyczną. Mające się rozpocząć niedługo testy dadzą możliwość potwierdzenia niezawodności, zwiększonej mocy wyjściowej i zmniejszonej emisji hałasu przez łopaty nowoczesnych turbin pokryte ribletami. Dane te będą nieocenione dla szybszego wprowadzenia na rynek i komercjalizacji nowej technologii. W międzyczasie partnerzy realizują biznesplany dotyczące komercjalizacji poszczególnych technologii opracowanych w ramach projektu. Stübing podsumowuje: „W przyrodzie powstały fascynujące rozwiązania najróżniejszych problemów, a dzięki naszym obecnym możliwościom technologicznym jesteśmy w stanie z powodzeniem przenieść je na grunt technologii”. Dokładne modele i ulepszone powłoki powinny mieć istotny wpływ na rozwój profili powietrznych w przemyśle lotniczym, energetyce wiatrowej i innych branżach.
Słowa kluczowe
Riblet4Wind, riblet, wiatr, powłoka, aerodynamika, turbina, rekin, energia, tunel aerodynamiczny, lotnictwo, opór, energia odnawialna, hałas
