Drugie życie zużytych łopat turbin wiatrowych

Naukowcy z Politechniki Białostockiej pracują nad metodą przetwarzania łopat turbin wiatraków na ekrany akustyczne. Do tego celu wykorzystają elementy kompozytowych śmigieł turbin wiatrowych, składowane na wysypiskach odpadów w rejonach farm wiatrowych, szczególnie w zachodniej Polsce.

Naukowcy zrzeszeni w Politechnicznej Sieci Via Carpatia opracowują nowatorski sposób wykorzystania zużytych łopat turbin. Zespół naukowców Politechniki Białostockiej (PB) pracuje nad projektem „Wtórne wykorzystanie łopat turbin wiatrowych w konstrukcjach inżynierskich”. Na czele zespołu stoi dr hab. inż. Mirosław Broniewicz, prof. PB. Wspólny projekt jest elementem programu ISKRA, polegającego na budowaniu międzyuczelnianych zespołów badawczych.

– Z grupą naukowców spostrzegliśmy, że są ogromne problemy związane z utylizacją śmigieł elektrowni wiatrowych, które wyszły z użytkowania bądź są zamieniane na bardziej efektywne pod względem rozwiązań technicznych. Cykl życia śmigła wiatrowego wynosi średnio 20-25 lat. Oznacza to, że po 2035 r. około 225 tys. ton zużytych śmigieł powinno zostać poddanych recyklingowi – wyjaśnia genezę badań dr hab. inż. Mirosław Broniewicz.

REKLAMA

Drugie życie turbiny

Naukowcy przyznali, że w zasadzie dotychczas na świecie nie stosuje się na szeroką skalę efektywnej metody ponownego wykorzystania łopat turbin wiatrowych. Amerykańcy naukowcy rozkładają materiał kompozytowy w procesie pirolizy pod wpływem wysokiej temperatury, oddzielając materiał organiczny od nieorganicznych włókien szklanych. Uzyskują w ten sposób materiał, który poprzez spalanie wykorzystuje się do wytwarzania energii. Proces ten jest jednak długotrwały i energochłonny.

Duńczycy z kolei wykorzystują łopaty śmigieł do tworzenia elementów małej architektury, np. przystanków, wiat dla rowerów, ławek czy mebli ogrodowych.

Na Politechnice Rzeszowskiej natomiast zaproponowano wykorzystanie łopat do tworzenia elementów nośnych kładek nad ulicami dla pieszych.

Ekrany akustyczne z turbin wiatrowych

Jak mówi prof. Broniewicz, elementy panelu akustycznego mogą być wykonywane jako żelbetowe, ze zintegrowaną warstwą tłumiącą, w różny sposób barwione. Są także ekrany akustyczne wykonywane z elementów z tworzyw sztucznych czy blach stalowych.

Każde z tych rozwiązań ma dużo cech negatywnych – ekrany żelbetowe są bardzo trwałe, ale opierają się na wykorzystaniu cementu, którego produkcja bardzo obciąża środowisko. Tworzywa sztuczne mogą podlegać degradacji, zaś ekrany wykonywane z blach fałdowych czy trapezowych są mało odporne na warunki środowiskowe, zwłaszcza związane z zasoleniem dróg, i szybko ulegają korozji. Stąd pomysł, żeby do budowy ekranów wykorzystać materiał kompozytowy.

Ponieważ elementy śmigieł mają ciągłą krzywiznę, zmienia się ich przekrój i grubość. Wstępna koncepcja przewiduje zatem pocięcie śmigieł na mniejsze elementy, z których będą składane panele ekranów akustycznych.

REKLAMA

Kolejną bariera jest to, że śmigła tworzy się z różnego rodzaju materiałów. Wewnętrzne żebra wzmacniające powstają z pełnego kompozytu o grubości 3 cm, natomiast w pozostałej części stosuje się materiał trzywarstwowy, gdzie tylko okładziny zewnętrzne o grubości 3 mm są elementami kompozytowymi, natomiast sam rdzeń wykonany jest z drewna balsa.

Aby wykorzystać jak największą ilość materiału z każdego śmigła, zbadaliśmy zarówno właściwości mechaniczne litego kompozytu, jak i właściwości mechaniczne materiału trójwarstwowego – mówi prof. Broniewicz.

Naukowcy wykorzystali metodę elementów skończonych i stworzyli model numeryczny przykładowego panelu akustycznego.

Obciążyliśmy go zgodnie z wymaganiami norm przedmiotowych – uwzględniliśmy zarówno obciążenie wiatrem działającym na ekrany drogowe, jak i obciążenie ruchem samochodowym, czyli wszystkimi wymaganymi rodzajami obciążenia, i w sposób numeryczny sprawdziliśmy wytrzymałość tych paneli – wyjaśnia kolejny krok w badaniach prof. Broniewicz. – Wyniki wyszły zadowalające, bo stopień wytężenia panelu akustycznego od najbardziej ekstremalnych obciążeń wynosił 47 proc., czyli według symulacji są to elementy bardzo wytrzymałe.

Badania w komorze akustycznej

Teraz odbędą się badania doświadczalne. W hali politechniki olbrzymie śmigła czekają na pocięcie. Jak tłumaczy prof. Broniewicz, w ramę z ceownika zostaną wpasowane elementy wycięte ze śmigła elektrowni wiatrowej, a całość zostanie osadzona na słupach z dwuteownika stalowego 160 mm. Konstrukcja zostanie obciążona za pomocą systemu siłowników hydraulicznych, żeby zobrazować rzeczywiste naciski działające na konstrukcję drogową.

Po badaniach wytrzymałościowych modelowe panele przejdą badania akustyczne, podczas których naukowcy sprawdzą efektywność akustyczną paneli. Najpierw za pomocą wyspecjalizowanych narzędzi informatycznych, a następne w komorze akustycznej, którą dysponuje Politechnika Rzeszowska – partnerska uczelnia w Politechnicznej Sieci Via Carpatia.

Naukowcy z Politechniki Rzeszowskiej poparli kierunek badań zespołu z Politechniki Białostockiej. Projekt czeka teraz na recenzję badaczy z Politechniki Lubelskiej.

Zakończenie projektu jest planowane na 31 lipca 2025 r.