Historia

Siła wiatru jako ekologiczne źródło energii jest dziś w ofensywie. Coraz większe łopaty nowoczesnych turbin wiatrowych pomagają w ciągłym zwiększaniu wydajności. Obciążenia, na jakie wystawione jest skrzydło wiatraka wirujące na wysokości 90 metrów, są ogromne - wielkie siły z maksymalnymi prędkościami do 300 kilometrów na godzinę napierają na końcówki łopat, które mogą się przy tym odginać o ponad metr. Dodatkowo łopaty wystawione są na niszczące działanie takich czynników atmosferycznych jak śnieg, deszcz, upał i promieniowanie ultrafioletowe. BASF wspiera producentów tych gigantów dostarczając im systemy epoksydowe przeznaczone do elementów poddawanych obciążeniom i wzmacnianych włóknami oraz powłoki ochronne do łopat wiatraków. Żywotność tych urządzeń jest czynnikiem decydującym o podnoszeniu opłacalności korzystania z siły wiatru jako źródła energii bez negatywnych skutków dla klimatu.

Wykorzystanie siły wiatru jest tak wyzwaniem technicznym, jak i materiałowym, a zastosowane materiały muszą spełniać najwyższe wymagania. Skrzydła wirników muszą być bardzo stabilne i odporne na czynniki atmosferyczne tak, aby mogły wytrzymać ponad 20 lat eksploatacji. Nowoczesne łopaty wiatraków zbudowane są z warstw włókien szklanych lub węglowych, które sklejane są systemem epoksydowym i w ten sposób nadaje się im wytrzymałość (patrz ramka). „W zasadzie działa to jak klej dwuskładnikowy. Pierwszym składnikiem są sztuczne żywice, a drugim jest utwardzacz. Po zmieszaniu usieciowują się one wzajemnie” – wyjaśnia dr Gregor Daun, szef zespołu BASF ds. opracowywania i wprowadzania na rynek systemów epoksydowych do materiałów wielowarstwowych.

BASF oferuje na rynku te dwuskładnikowe systemy z żywic epoksydowych i utwardzaczy pod nazwą Baxxodur. Za pomocą tego systemu można wyraźnie przyspieszyć proces wytwarzania dużych turbin wirników. Utwardzacz reaguje najpierw powoli, co pozwala szybko i kompletnie wypełnić formę. Kiedy napełniona forma zostaje ogrzana, proces utwardzania nabiera tempa. Dzięki temu można szybciej zwolnić formę do produkcji następnej łopaty. Tym sposobem producenci skrzydeł wirników mogą zwiększyć tempo tego etapu wytwarzania o 30 procent. Dzięki oszczędności czasu spadają koszty produkcji przy jednocześnie większych ilościach produkowanych łopat, a więc wytwarzanie prądu w elektrowniach wiatrowych jest mniej kosztowne i bardziej ekonomiczne.

Instytucje wydające certyfikaty dla elektrowni wiatrowych, takie jak wiodąca na całym świecie spółka Germanische Lloyd AG, dopuściły ten nowatorski system do eksploatacji. Oprócz konstrukcji technicznej łopat wirnika, dużą rolę odgrywa też odporność ich powierzchni na czynniki atmosferyczne. „Proszę wyobrazić sobie samochód, który jedzie bez przerwy w deszczu z prędkością 200 kilometrów na godzinę. Już po kilku miesiącach mogą wystąpić uszkodzenia. Skrzydło wirnika musi wytrzymać w jeszcze trudniejszych warunkach bez żadnych szkód od 10 do 20 lat” – mówi dr Harald Müller, szef działu badawczo-rozwojowego dla lakierów przemysłowych w firmie Relius Coatings GmbH. Opracowane w tej spółce-córce BASF specjalne powłoki zachowują się elastycznie, minimalizując dzięki temu ryzyko powstania rys naprężeniowych i nie pękają przy zginaniu się łopat. Końcówki łopat wirnika mogą odchylać się nawet o jeden metr.

„Wysoko rozwinięte powłoki ochronne wytwarzane są na bazie specjalnego tworzywa sztucznego poliuretanu. Są one bardzo odporne na ścieranie i promieniowanie ultrafioletowe oraz nie zawierają rozcieńczalników” – wylicza ich zalety Müller. Zastosowane lakiery są matowe, aby zapobiec odbijaniu promieni słonecznych przez łopaty wirników, co mogłoby na przykład przeszkadzać w ruchu lotniczym. Oferowane pod nazwą Oldodur systemy powłok składają się z wielu produktów, takich jak żelkot, masa szpachlowa, ochrona krawędzi i lakier kryjący. Aktualnie kręci się na wietrze ponad 25 tys. łopat z powłokami Relius. Od lat opierają się one siłom natury.

Perspektywy

Trwa nieprzerwane pasmo sukcesów energii wiatru na całym świecie. Według danych World Wind Energy Association (WWEA) łączna moc zainstalowanych na całej kuli ziemskiej elektrowni wiatrowych wynosiła na koniec 2008 roku 120 gigawatów. Oznacza to wzrost o prawie 30 procent w stosunku do roku poprzedniego. Zainstalowane elektrownie wiatrowe pokrywały przy tym około 1,5 procent światowego zużycia energii elektrycznej. Według szacunków WWEA w 2020 roku energia elektryczna uzyskiwana w elektrowniach wiatrowych pokryje co najmniej 12 procent światowego zużycia energii elektrycznej. Przewiduje się, że do tego czasu dzięki postępowi technologicznemu koszty spadną już na tyle, że uzyskiwanie energii elektrycznej z siły wiatru będzie nie tylko korzystne ze względu na ekologię, ale też konkurencyjne pod względem ekonomicznym i wraz z innymi źródłami energii przyczyni się do zrównoważonego zaopatrzenia w energię Niemiec i całego świata.

Aktualnie dominują dwa trendy rozwojowe w wykorzystaniu energii wiatru: z jednej strony elektrownie wiatrowe są coraz większe i o coraz większej mocy, a z drugiej strony budowane są coraz częściej na morzach. Na rynku oferowane są już pierwsze elektrownie wiatrowe o mocy znamionowej od pięciu do sześciu megawatów energii elektrycznej na godzinę. Ich rozmiary są olbrzymie: średnica wirnika osiąga 127 metrów, a łopaty mają długość ponad 60 metrów. Nie widać końca tej tendencji - są już plany łopat 70-metrowych i sprawdza się możliwości budowy łopat o długości 90 metrów. Łopaty wirników są coraz większe, ponieważ skrzydło dwa razy dłuższe ma cztery razy większą powierzchnię i może uzyskać z wiatru cztery razy więcej energii. Przyjętym celem na 2020 rok jest budowa instalacji o mocy znamionowej 20 megawatów. Taka właśnie wizja stanowi cel, do którego dąży europejski projekt „UpWind”, który wystartował w 2006 roku i będzie realizowany do 2011 roku. „UpWind“ jest najważniejszym projektem wspólnych europejskich badań w dziedzinie rozwoju turbin wiatrowych. Celem tego projektu jest polepszenie konkurencyjności elektrowni wiatrowych w stosunku do innych nośników energii. Aby go osiągnąć, trzeba nadal rozwijać istniejące technologie oraz badać nowatorskie możliwości techniczne i metody planowania. Te nowe olbrzymie wiatraki przeznaczone są przede wszystkim do ustawiania na farmach wiatrowych na morzu, ponieważ wieją tam silniejsze i bardziej równomierne wiatry.