Palas mejores y más grandes para aerogeneradores – Blog de la revista Horizon

Europa está llena de viento y lo aprovecha. Se prevé que la energía eólica sea la que más contribuya a los objetivos de energía renovable de la UE.

Esto lo convierte en un componente clave para que Europa se vuelva climáticamente neutral, un objetivo que la UE quiere lograr para 2050. Las tecnologías y herramientas desarrolladas internamente ayudarán a Europa a lograr sus objetivos climáticos, al tiempo que mejoran la competitividad de Europa. nuevos empleos verdes.

Los vientos del cambio

En 2020, la energía eólica cubrió alrededor del 16% de la demanda eléctrica europea, incluida la mayoría de las instalaciones en tierra y una fracción en alta mar, tanto flotantes como estacionarias.

Europa planea subir significativamente la apuesta, con proyecciones para aumentar la generación total de energía eólica en alrededor del 50% durante los próximos 5 años. El aumento del rendimiento energético se logrará no solo con más instalaciones, sino también con aerogeneradores que pueden generar más energía que sus predecesores y que están menos fuera de servicio por mantenimiento y reparaciones.

Los aerogeneradores son enormes, rápidos (considerando su tamaño y peso) y están sujetos a condiciones de trabajo muy duras. Imagínese un campo de fútbol girando en el aire a unas 15-20 revoluciones por minuto en algunos de los lugares más ventosos de la Tierra.

De 2000 a 2018, la longitud media de las turbinas eólicas se duplicó con creces. Se espera que los modelos más nuevos alcancen longitudes de más de 85 metros para 2025. Algunas turbinas marinas podrían barrer el cielo en un futuro cercano con palas de 110 metros de largo, un diámetro de rotación de dos campos de fútbol de un extremo a otro.

Cuanto más grandes son las palas, más rápido se mueven las puntas y mayor es la erosión en sus bordes de ataque. La industria ha realizado enormes avances tecnológicos en materiales, diseño y fabricación. Sin embargo, instalar hojas más grandes que proporcionen más potencia con menos desgaste es un gran desafío.

Afortunadamente, la UE tiene un plan que incluye mejorar la resistencia a la degradación, que solo aumentará con palas más grandes y eventos climáticos cada vez más extremos, y un mejor monitoreo no destructivo para detectar defectos temprano, incluso durante la producción.

Una armadura que «da»

Para resistir las fuerzas de la naturaleza y las enormes fuerzas generadas por la propia rotación, las palas están fabricadas con una «armadura» multicapa. Normalmente, la capa exterior se erosiona durante el funcionamiento y las capas interiores pueden desprenderse.

Según Asta Šakalytė, Director de Investigación y Desarrollo de Aerox Advanced Polymers, SL, aunque la vida útil de una turbina es teóricamente de 25 años, los sistemas de tamaño medio actuales normalmente requieren un mantenimiento prolongado de alrededor de 10 años debido al deterioro de la turbina. Los más nuevos con diámetros de rotación más grandes muestran una erosión severa dentro del segundo año de servicio.

Para abordar este problema, Aerox desarrolló AROLEP®, un sistema de protección de vanguardia patentado y pionero que ya está listo para el mercado gracias al trabajo realizado por el proyecto LEP4BLADES.

A diferencia de los recubrimientos convencionales que puede encontrar en las tuberías, el recubrimiento de Aerox es viscoelástico, lo que significa que cede o, más precisamente, se deforma bajo tensión y rebota. Como explicó Šakalytė, “esto se logra combinando dos polímeros con diferentes propiedades complementarias. El recubrimiento AROLEP® puede absorber impactos de alta velocidad y alta frecuencia causados ​​por gotas de lluvia y otras partículas que golpean el borde delantero de la hoja. La modificación a medida de las propiedades del polímero asegura que el revestimiento y los materiales de la hoja trabajen juntos para que los efectos del impacto se disipen por toda la estructura de la hoja ‘.

Las pruebas de rendimiento independientes han demostrado que AROLEP® protege la integridad de las hojas mejor que cualquier otra solución disponible y se puede utilizar tanto para hojas nuevas como existentes.

Se espera que la adopción del mercado tenga importantes repercusiones en los consumidores: ahorros significativos en mantenimiento, reparación y tiempo de inactividad que se traducen en menores costos de energía. Mientras tanto, Aerox continúa mejorando la formulación apuntando nuevos recubrimientos y adhesivos para palas futuras que podrían ayudar a que la fabricación de turbinas eólicas sea un negocio sin desperdicio.

Y un ángel cuidándolos

Los recubrimientos están diseñados para minimizar los daños, pero no pueden prevenirlos por completo. Las mejores tecnologías de monitoreo de salud estructural podrían detectar defectos antes de que la báscula se vuelque y la reparación o reemplazo genere problemas financieros y prácticos tan grandes como las propias turbinas.

Las fallas de las palas son un problema importante para la industria de las turbinas eólicas. Aproximadamente un tercio de los miles de millones de euros anuales que se dedican a la operación y mantenimiento (O&M) de los aerogeneradores se dedica a la inspección y / o reparación de los revestimientos de las palas.

Hasta ahora era imposible identificar defectos internos en los revestimientos de las palas. La inspección visual es el método de elección durante la producción y el mantenimiento, pero no detecta defectos que acechan debajo de la superficie.

Incluso los métodos de inspección tecnológicamente avanzados, como las tecnologías inductivas y ultrasónicas, son insuficientes cuando se trata de revestimientos de palas de turbinas eólicas. Requieren un contacto que puede dañar las hojas y los recubrimientos, particularmente cuando están mojados, y no pueden analizar capas individuales, solo el espesor total.

Una forma de ver el interior de los revestimientos multicapa puede ser en la región de terahercios (THz) del espectro electromagnético, entre las frecuencias de microondas e infrarrojas. Puede ‘ver’ a través de las cosas e identificar lo que hay dentro, y su composición química y propiedades eléctricas, de una manera no destructiva, no invasiva y no ionizante.

Hasta hace unas décadas, su potencial era difícil de explotar, en parte debido a nuestra incapacidad para generar y detectar ondas de manera eficiente. Pero esto ahora está cambiando con la tecnología patentada THz desarrollada específicamente para uso industrial por das-Nano e introducida al mercado en el contexto del proyecto NOTUS.

Según Eduardo Azanza, director gerente de das-Nano y coordinador de NOTUS, ‘NOTUS es la primera herramienta sin contacto para la inspección no destructiva de materiales específicamente diseñada para la inspección de aerogeneradores. Puede realizar una caracterización profunda de las capas individuales de cualquier estructura de hoja y chapa, independientemente de los materiales, lo que permite la cuantificación de la adhesión entre capas ‘.

NOTUS está disponible en tres versiones para aplicaciones a lo largo del ciclo de vida de las palas para respaldar el desarrollo, la producción, la operación e incluso la inspección por parte del personal receptor o las compañías de seguros. Podría ahorrar a los operadores de parques eólicos alrededor del 10% de los costos de operación y mantenimiento, según las estimaciones de Azanza.

Y los parques eólicos no son los únicos que se benefician de ella. NOTUS trabaja con todo tipo de sustratos multicapa, incluidos metal, composite y plástico. Se adapta a superficies planas y curvas y pinturas secas, húmedas y curadas.

La tecnología THz también permite la caracterización eléctrica de materiales avanzados como el grafeno, materiales 2D, películas delgadas y materiales a granel.

Azanza dijo: «das-Nano ha introducido NOTUS en el mercado, una tecnología inofensiva para la inspección rápida y no destructiva de cada producto en una línea de producción, identificando las piezas defectuosas lo antes posible».

La investigación en este artículo fue financiada por la UE. Si te gustó este artículo, considera compartirlo en las redes sociales.