Das ITC (Technisches Institut der Kanarischen Inseln) arbeitet an der Entwicklung neuer Materialien, die extremen Wetterbedingungen wie Hitze, Kälte oder starkem Wind standhalten können. Der Zweck besteht darin, diese Materialien für die Herstellung langlebigerer und effizienterer Windmühlen, Windflügel und Windturbinen verwenden zu können. Das AeroExtreme-ProjektUnter der Leitung von Siemens Gamesa handelt es sich um eine gemeinsame Initiative mit dem Ministerium für Wirtschaft, Industrie und Wettbewerbsfähigkeit und Feder Funds, mit der Absicht, sich über das gesamte Jahr 2018 zu erstrecken.
Eine der Hauptbedrohungen für Windkraftanlagen, insbesondere solche in Meeresumgebungen, sind widrige klimatische Bedingungen. Diese Windkraftanlagen sind starkem Wind und dem ständigen Aufprall von mit hoher Geschwindigkeit transportierten Partikeln ausgesetzt, was zu erheblichem Verschleiß führt und ihre Leistung verringert. Darüber hinaus verringert die Ansammlung von Schmutz und Mikroorganismen auf den Rotorblättern deren aerodynamische Kapazität. AeroExtreme hat bereits erhebliche Fortschritte bei hoch erosionsbeständigen Materialien sowie photokatalytischen und Antifouling-Beschichtungen erzielt und verspricht, die Lebensdauer von Windkraftanlagen zu verlängern.
Aufbau einer Windkraftanlage
Windkraftanlagen sind komplexe Maschinen, die spezielle Komponenten benötigen, um die Effizienz der Energieerzeugung zu maximieren. Es gibt Tausende davon Windkraftanlagen mit horizontaler Achse (TEEH) in Betrieb, die aus einer Reihe von Hauptelementen bestehen:
Turm und Fundament
Der Turm und das Fundament sind unerlässlich, um die Windkraftanlage zu tragen und ihre Stabilität aufrechtzuerhalten. Dabei kann es sich um Stahlrohr-, Beton- oder Hybridkonstruktionen handeln. Einige Türme bestehen auch aus innovativeren Materialien wie Kohlefaser, die derzeit für schwimmende und Offshore-Windkraftanlagen entwickelt wird. Auch gespannte Masttürme, die in kleineren Anlagen zum Einsatz kommen, sind aufgrund ihrer Leichtigkeit und Anpassungsfähigkeit eine praktikable Option.
- Stahl- und Betontürme: Sie bieten maximale Haltbarkeit und werden am häufigsten verwendet.
- Hybride Strukturen: Sie kombinieren mehrere Materialien und liegen im Trend.
Rotor
Der Rotor ist die Schlüsselkomponente, die Wind in Drehbewegung umwandelt. Die meist aus Fiberglas oder Carbon gefertigten Klingen werden dank neuer Materialien wie z. B. immer leichter, aber widerstandsfähiger faserverstärkte Polymere.
Gondel
In der Gondel ist das Zentralsystem inklusive Generator und Getriebe untergebracht. AeroExtreme strebt auch danach, die Materialien dieser entscheidenden Komponente zu verbessern, da die Gondel klimatischen und mechanischen Schwankungen standhalten muss.
Multiplikatorbox
Eine der wichtigsten Komponenten einer Windkraftanlage ist das Getriebe, das die Rotationsgeschwindigkeit der Rotorblätter erhöht, um mechanische Energie in hocheffiziente elektrische Energie umzuwandeln. Multiplikatorkästen müssen aus verschleißfesten und leicht recycelbaren Materialien hergestellt werden. Derzeit verwenden sie Biokomposite und reversible Harze biologischen Ursprungs die die Demontage und das Recycling des Systems erleichtern.
Elektrische Ausrüstung einer Windkraftanlage
Windkraftanlagen verlassen sich bei der Energieerzeugung nicht nur auf ihre Rotorblätter und ihre Struktur. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die elektrische Ausrüstung, zu der Generatoren, Stromrichter, Sensoren und Steuerungssysteme gehören, die Windgeschwindigkeit und -richtung überwachen. Die Entwicklung von Neuem Sensoren Auch die Verbesserung der Leistung unter widrigen Bedingungen hat Priorität.
Andererseits muss die Energie in das Stromnetz eingespeist werden, was bei modernen Windkraftanlagen der Fall ist individuelle Fütterung, wodurch die Zuverlässigkeit von Windparks erhöht wird. Selbstheilende Beschichtungen und neue Klebstoffe gehören ebenfalls zu den neuesten Entwicklungen, die darauf abzielen, die Lebensdauer dieser Systeme zu verlängern.
Vorteile schneller Windkraftanlagen
Schnelle Windkraftanlagen haben im Allgemeinen weniger Rotorblätter als ihre langsameren Gegenstücke, was zwar wie ein Nachteil erscheinen mag, aber eine effizientere Steuerung ihrer Leistung je nach Wind ermöglicht. Da das System leichter und schneller ist, werden Größe und Kosten reduziert, wodurch es wirtschaftlicher und einfacher zu warten ist. Neuere Studien haben integriert Kohlefasern und andere fortschrittliche Verbundwerkstoffe in ihr Design ein, wodurch das Festigkeits-Gewichts-Verhältnis ihrer Schlüsselkomponenten verbessert wird.
Zudem sind schnelle Windkraftanlagen widerstandsfähiger bei böigen Windverhältnissen. Dies liegt daran, dass bei Rotorstopps der Axialschub geringer ist als bei langsamen Versionen.
Kurz gesagt: Die Entwicklung neuer Materialien verändert die Windturbinenindustrie. Von der Integration faserverstärkter Polymere bis hin zur Erforschung von Antifouling-Beschichtungen ermöglichen diese Innovationen die Schaffung nachhaltigerer Windkraftanlagen, die einfacher zu recyceln sind und mehr Energie bei geringerer Umweltbelastung erzeugen können. Mit dem Aufkommen von Biokompositen und selbstheilenden Lösungen entwickelt sich die Zukunft der Windenergie kontinuierlich weiter und bietet Möglichkeiten, die Kosten weiter zu senken und die Nachhaltigkeit zu erhöhen.