Lepsze łopaty turbin pływowych obniżają koszty prowadzenia działalności gospodarczej
Słońce, wiatr i pływy morskie są nieskończenie odnawialnymi źródłami energii, ale energia pływów ma dodatkową zaletę. Jak wyjaśnił Newton prawie 450 lat temu, pływy są przede wszystkim wynikiem dwóch najbardziej przewidywalnych procesów, jakie znamy — ruchu Księżyca wokół Ziemi w czasie, gdy Ziemia obraca się wokół własnej osi. Dlatego też, w przeciwieństwie do energii słonecznej i wiatrowej, energia pływów jest niezależna od pogody i można ją przewidywać na dziesięciolecia do przodu. Turbiny pływowe mają również mniejszy wpływ na okoliczne społeczności pod względem wizualnym i dźwiękowym. Pomimo swojego potencjału i historycznego światowego przywództwa UE w tej dziedzinie, energia pływów ma obecnie niewielki udział w dostawach energii elektrycznej w Unii. Jedną z największych barier są koszty. Finansowany ze środków UE projekt NEMMO koncentrował się na zmniejszeniu uśrednionego kosztu energii dzięki holistycznej kampanii projektowej mającej poprawić wydajność i trwałość łopat turbin pływowych.
Wykorzystanie zalet energii pływów
Woda jest około 800 razy gęstsza od powietrza, więc łopaty turbin pływowych są krótsze i bardziej wytrzymałe niż łopaty turbin wiatrowych. Obracają się również wolniej, ale wysoka gęstość wody w stosunku do powietrza oznacza, że prądy pływowe mogą generować więcej energii na jednostkę powierzchni niż wiatr. Jednakże ze względu na fizyczne i chemiczne zużycie spowodowane obracaniem się w gęstej słonej wodzie, krawędzie łopat mogą ulegać szybkiej erozji. Może to powodować pęknięcia, które umożliwiają przedostawanie się wody, przyspieszają zmęczenie materiału i zwiększają ryzyko awarii.
Całościowa kampania modelowania, rozwoju i testowania
W przypadku łopat turbin pływowych kluczowym problemem jest kawitacja. W trakcie ruchu obrotowego łopat okresowy spadek ciśnienia hydrostatycznego na ich powierzchni powoduje powstawanie pęcherzyków, które implodują, prowadząc do zmęczenia powierzchni. „Do tej pory modelowanie w branży energetyki pływowej było ograniczone do minimum. Projekt NEMMO rozpoczął się od szeroko zakrojonego modelowania komputerowego w celu oceny potencjalnych skutków kawitacji na zmniejszonych wersjach łopat" — wyjaśnia koordynator projektu Pablo Benguria z Tecnalia Research & Innovation. Jednocześnie w ramach projektu NEMMO opracowano nowe materiały, powłoki i procesy mające zwiększyć żywotność łopat turbin pływowych. Materiały kompozytowe wzmocnione na poziomie nanostrukturalnym poprawiły odporność na zmęczenie i uderzenia, a mikroteksturowanie powierzchni turbin zmniejszyło porastanie (biofouling). Opracowano nowe, niewypłukiwane powłoki przeciwporostowe zapewniające trwałą odporność na kawitację. „W przypadku łopat wiatrowych testy zmęczeniowe są koniecznością. Dostępna jest też ogromna bibliografia, ale testy zmęczeniowe łopat turbin pływowych są w powijakach. Nasze procedury testowe, które wspierają ulepszone modele, a tym samym zoptymalizowane projekty łopat turbin pływowych, umożliwiły nam scharakteryzowanie szybkości zużycia kawitacji, porastania i starzenia się w trudnym środowisku morskim oraz ilościowe określenie wydajności hydrodynamicznej i żywotności łopaty kompozytowej” — zauważa Benguria. Osiągnięcia te powinny mieć istotny wpływ na zwiększenie niezawodności przyszłych konstrukcji łopat.
Łopaty o zoptymalizowanej konstrukcji wyruszyły na morze
Kompleksowy proces projektowania NEMMO ocenił krytyczne zmienne, które do tej pory nie były wyczerpująco zbadane, co zaowocowało złożoną, zoptymalizowaną konstrukcją. „Nowa konstrukcja poprawi zdolność produkcji energii i trwałość łopat, zmniejszając koszty operacyjne energetyki pływowej” — podsumowuje Benguria. Trzy pełnowymiarowe łopaty zostaną wkrótce zainstalowane na eksperymentalnej turbinie ATIR partnera Magallanes Renovables i przetestowane w rzeczywistych warunkach pracy na Orkadach w Szkocji. Łopatki turbin pływowych NEMMO mogą wkrótce trafić na rynek, obniżając bariery dla inwestycji w energetykę pływową i uwalniając przewidywalną moc pływów, aby wesprzeć przejście Europy na zerowe emisje netto w produkcji energii.
Słowa kluczowe
NEMMO, energia pływów, łopaty turbin pływowych, kawitacja, biofouling, testy zmęczeniowe
