Как стеклопластик стал играть ключевую роль в ветровой энергетике

Использование стеклопластика в строительной, автодорожной, городской инфраструктуре, а также во всех отраслях промышленности выгодно за счет очевидных вещей – легкость конструкции, прочность и долговечность материала.

Другие же преимущества стеклопластиковых конструкций – устойчивость к коррозии, высокое сопротивление нагрузкам и относительная простота изготовления сложных форм — сделали композиты крайне привлекательными в отрасли возобновляемой, в частности, ветровой энергетики.

Около 20 лет назад стеклопластик заинтересовал исследователей, и по сей день проводятся испытания, направленные на выяснение всего спектра возможностей стекловолокна, а также на открытие новых способов использования стеклопластика с наибольшей выгодой для планеты. Исследователи уверены, что стеклопластик может использоваться не так очевидно, как, например, для изготовления лопастей для турбин, что есть и другое, гораздо более инновационное его применение.

В статье мы рассмотрим, какие исследования и с какой целью проводятся в настоящее время, почему стеклопластик так привлек внимание ученых-исследователей, с какими проблемами сталкиваются инженеры во время проектирования лопастей для нового поколения ветровых турбин, и как эти проблемы планируется решить в ближайшем будущем.

От «зеленой и непродуманной идеи» до работающего проекта

Вдумайтесь – только за последние 20-25 лет ветровая энергетика превратилась из «зеленой и непродуманной идеи» в «реализованный и полноценно работающий проект».

Сейчас она представляет собой финансово устойчивую отрасль, которой планируется заменить источники невозобновляемой энергетики. Многие исследователи считают, что такой прорыв обусловлен в том числе благодаря замене обычных алюминиевых лопастей более инновационными – стеклопластиковыми.

Что из себя представляют стеклопластиковые лопасти

Стеклопластиковые лопасти для турбин гораздо более прочные и надежные. Под сильной ветровой нагрузкой алюминиевые конструкции деформировались, что сильно ограничивало проектировщиков – они не могли производить лопасти длиннее определенных показателей. Из-за этих ограничений ветровая энергетика остановилась на месте. Мы больше не могли расти в количестве потребляемой ветровой энергии, а значит, все перспективы, которые двигали нас вперед раньше, оставались под вопросом.

Кроме того, стеклопластиковые лопасти – это цельная, хотя и сложная конструкция. Лопасти из алюминия собираются из нескольких деталей, что делает их подверженными разрушениям из-за внешних факторов и попаданию влаги.

Сопротивление стеклопластика высоким нагрузкам помогает минимизировать затраты на обслуживание конструкции в течение как минимум 30 лет.

Новые поколения турбин выпускаются после компромиссных исследований, во время которых определяется наиболее удобная и экономически выгодная форма лопастей для самых мощных турбин. В результате исследований выяснили, что для большего потребления энергии ветра необходимо увеличить длину лопастей. В случае с алюминием это невозможно, а вот со стеклопластиком – возможно ввиду его повышенной прочности и устойчивости к нагрузкам ветра. Для увеличения длины лезвия требуется структурное усиление в его основании.

Использование алюминиевых лопастей уходит в прошлое не только поэтому. В 2008 году проводился масштабный опрос операторов турбин, который показал, что более 7% всех лопастей должны быть заменены в результате поломок и дефектов, обусловленных начальными свойствами материала, такими как сравнительно слабое сопротивление нагрузкам, подверженность коррозии и механическим воздействиям извне, а наличие соединений еще больше делает лопасти уязвимыми. А если учесть тот факт, что в течение 5 лет планировалось удвоение объема производства, очень важно было найти новое решение, которое не приводило бы к большим затратам на замену лопастей и производство новых. В противном случае под вопросом бы оставались все инновационные проекты ветровой энергетики.

Стеклопластиковые лопасти обеспечивают более эффективное использование рабочей силы и пространства. Но главное: такие лезвия представляют собой цельную конструкцию без клеевых соединений, что делает лопасть гораздо менее подверженной внешним механическим воздействиям, растрескиванию и попаданию воды. Сама по себе стеклопластиковая лопасть может спокойно служить более 30 лет без ухудшения ее первоначальных характеристик.

Эволюция современных технологий производства

В данный момент большинство турбин работает уже со стеклопластиковыми лопастями, однако в некоторых регионах и странах пока используют алюминиевые. Конечно, частично это связано с тем, что алюминиевые конструкции пока не износились – срок их эксплуатации еще не вышел. Однако есть и другая проблема – нестабильность материальных затрат, которая не позволяет наверняка принять оптимальное решение. Чтобы она решилась как можно быстрее, эволюция современных технологий производства должна иметь первостепенное значение, а значит, мы идем в верном направлении.

Если отойти от материальных вопросов и углубиться в экологические, есть еще одна проблема – адекватного способа утилизации стеклопластиковых лопастей пока не существует, поэтому их просто закапывают на глубину до 10 метров. Они никак не вредят экологии, не окисляются и не влияют отрицательно на почву, однако обязательно должен быть другой, более выгодный повторный способ использования этого материала. Еще совсем недавно единственным способом, не противоречащим принципу экологичности, являлось дробление стеклопластика и повторное его использование в качестве наполнителя, но есть проблема – это достаточно дорого и трудозатратно.

Поэтому мир пошел другим путем. Сейчас идут работы над усовершенствованием самих турбин. Предполагается, что они будут служить в полтора-два раза дольше обычного, а значит, и стеклопластиковые лопасти не придется утилизировать раньше времени только по причине износа турбин.

Будущее ветроэнергетики

Подводя итог, можно говорить о стеклопластиковых лопастях как о будущем – выгодном будущем ветровой энергетики. Прочные, устойчивые к нагрузкам, не подвергающиеся коррозии и внешним воздействиям, легкие по весу, они выполняют абсолютно все функции, возложенные на них.

Определенные проблемы, связанные с повторным использованием стеклопластика, – это дело времени и трудовых вложений в исследования, которые окупят себя полностью за минимальное время, как только решение будет найдено и внедрено.