Dlaczego morskie turbiny wiatrowe nie rdzewieją?
Energia wiatrowa ma kluczowe znaczenie dla planowanego przejścia Europy na gospodarkę o zerowej emisji netto, jak określono w Europejskim Zielonym Ładzie. Instalowanie farm wiatrowych na morzu pozwala uniknąć wielu wyzwań, z którymi się one wiążą, takich jak konkurencja o grunty i skargi dotyczące ich wpływu na wygląd otoczenia. Jak mówi Cortés, choć mogą one wyglądać nieskazitelnie, to nawet dobrze zaprojektowane morskie konstrukcje wiatrowe, stworzone specjalnie z myślą o długiej ekspozycji na trudne warunki morskie, i tak rdzewieją. Inżynierowie tacy jak Cortés mają jednak nadzieję na wydłużenie ich żywotności nawet ponad przewidywane obecnie 25–30 lat. „Problem polega na tym, że obecnie nie dysponujemy powłokami potrzebnymi do ochrony sprzętu przez tak długi czas”, wyjaśnia Cortés.
Odporność na warunki atmosferyczne
Rdza powoduje rozkład metalowych elementów turbiny wiatrowej, prowadząc do pęknięć i uszkodzeń konstrukcji. To, jak długo turbina może pozostać w użyciu, jest zatem kwestią zrównoważenia trwałości i kosztów – a do tego wymagane jest dogłębne zrozumienie, jak postępuje proces korozji. Przebieg tego procesu zależy od warunków środowiskowych i rodzaju materiału użytego do budowy turbin. Konstrukcje te stale zmagają się z ekstremalnymi temperaturami, solami morskimi, kwasami i rozpuszczonym tlenem, zmiennymi obciążeniami cyklicznymi (z powodu fal i wiatru) oraz uszkodzeniami powłok z powodu wahań związanych z pływami. Podczas gdy stal węglowa najczęściej ulega jednolitej korozji, występują na niej również bardziej lokalne zmiany, takie jak wżery, choć według Cortés jest to w mniejszym stopniu uwzględniane w konwencjonalnej analizie korozji. „Elementy konstrukcyjne morskich turbin wiatrowych, pozostające w bezpośrednim kontakcie ze środowiskiem morskim, są najbardziej narażone na korozję”, zauważa Cortés. „Są to: »strefa rozprysku«, która jest okresowo narażona na działanie wody morskiej z powodu pływów i fal; »strefa atmosferyczna«, która jest stale narażona na działanie powietrza morskiego; oraz »strefa zanurzenia«, która obejmuje system kotwiczenia”.
Utrzymanie zestawu w sprawności
Aby zrównoważyć kompromis między długoterminową ochroną a związanymi z nią kosztami, technicy i kierownicy farm wiatrowych badają szereg technologii, w tym bardziej wydajne powłoki, bardziej odporne materiały i ulepszony projekt konstrukcji. Uznając, że te rozwijające się technologie nie dostarczą rozwiązania w krótkiej perspektywie czasowej, w ramach projektu WATEREYE, finansowanego ze środków UE i koordynowanego przez Cortés, opracowano cyfrowe inteligentne rozwiązanie do monitorowania stałych monopalowych turbin wiatrowych. Modele diagnostyczne i prognostyczne tego rozwiązania, wspomagane przez czujniki ultradźwiękowe, są automatycznie aktualizowane w czasie rzeczywistym podczas pracy turbiny. Pozwala to uniknąć kosztownych przestojów, ograniczając liczbę ryzykownych ręcznych przeglądów, co skutkuje krótszymi i lepiej dopasowanymi naprawami. Od czasu zakończenia projektu jego gospodarz, ośrodek technologiczny Ceit, jeszcze bardziej dopracował system. „Projekt WATEREYE skupił się na równomiernej korozji w strefie atmosferycznej i rozprysku – to ważny pierwszy krok. Jednak zrozumienie korozji wżerowej, silnie związanej z problemami zmęczeniowymi, jest kluczem do przewidywania zachowania komponentów i konstrukcji. Na tym więc obecnie się skupiamy”, dodaje Cortés. Ceit uczestniczy obecnie również w krajowym projekcie mającym na celu walidację technologii na pływającej platformie W2Power firmy EnerOcean. Węzły czujników rozmieszczone w krytycznych miejscach różnych obszarów (obszar zanurzenia, strefa rozprysku i strefa atmosferyczna) będą autonomicznie wykonywać pomiary, wysyłając dane bezprzewodowo do zespołu monitorującego. „Obecnie operatorzy wydają na przeglądy i monitorowanie 100–200 tys. euro rocznie. Dzięki wysokowydajnym rozwiązaniom monitorującym można by zmniejszyć te koszty o połowę, jednocześnie wydłużając żywotność o 20 % i zwiększając produkcję o 5–10 %”, mówi Cortés. Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o badaniach Cortés: Obniżanie kosztów eksploatacji i utrzymania morskich turbin wiatrowych
Słowa kluczowe
WATEREYE, turbina, morska, korozja, wiatr, energia, morze, czujniki