În parcurile eoliene din Danemarca până în Insulele Canare, palele turbinelor au un inamic neașteptat: ploaia. Vârfurile palelor pot atinge o viteză de 360 km/h, iar la această viteză picăturile de ploaie pot eroda treptat bordul de atac al unei pale. Palele erodate produc mai puțină energie electrică, tocmai în momentul în care Europa se bazează tot mai mult pe energia eoliană ca sursă de energie curată.
Ploaia nu este singurul vinovat. Nisipul și grindina pot, de asemenea, să deterioreze suprafețele palelor, de aceea, este important să se înțeleagă unde este cel mai probabil să apară eroziunea și cum poate fi limitată.
Dr. Beatriz Méndez López, cercetătoare în domeniul energiei eoliene la Centrul național pentru energie regenerabilă (CENER) din Spania, situat în Sarriguren, Navarra, aduce în abordarea acestei provocări experiența pe care a acumulat-o în industrie și în mediul academic.
A studiat ingineria și mecanica computațională a fluidelor și a lucrat în industria energiei eoliene și aeronautică din Spania înainte de a se alătura CENER în 2011. În prezent, coordonează AIRE, o inițiativă finanțată de UE care analizează influența condițiilor meteorologice asupra performanței și durabilității turbinelor.
Miza este considerabilă. În 2025, energia eoliană a reprezentat peste o treime din energia electrică produsă din surse regenerabile în UE.
Privind spre viitor, Comisia Europeană estimează că energia eoliană va acoperi peste 40% din cererea de energie electrică a UE până în 2050. Pentru a atinge acest obiectiv, vor trebui folosite turbine mai mari, care să ajungă la înălțimi mai mari în atmosferă, și să se exploreze amplasamente mai dificile, atât pe uscat, cât și pe mare.
„În viitor, vom avea nevoie de mult mai multă energie eoliană pentru a atinge obiectivele UE în materie de energie din surse regenerabile”, a declarat Méndez. „Trebuie să facem turbinele eoliene cât mai eficiente și să poată funcționa corespunzător în amplasamente diferite.”
Mixul energetic diferă de la o țară la alta, astfel încât energia eoliană are o importanță mai mare în unele țări decât în altele.
Ásta Hannesdóttir, membră a echipei AIRE, studiază energia eoliană și sistemele energetice la campusul Risø din Roskilde al Universității Tehnice din Danemarca. Cunoaște această diferență din proprie experiență: Islanda, țara ei natală, are resurse hidroenergetice și geotermale abundente.
„Însă în unele țări, precum Danemarca, unde resursele hidroenergetice sunt aproape inexistente, energia eoliană joacă un rol esențial.”
Dincolo de viteza vântului
Pentru a ajuta dezvoltatorii să aleagă amplasamentele și să proiecteze parcuri eoliene mai eficiente, echipa AIRE analizează și alți factori, nu doar viteza vântului. Cercetătorii folosesc măsurători efectuate în parcurile eoliene pentru a îmbunătăți modelele care descriu funcționarea turbinelor în condiții reale, ținând seama de condițiile de ploaie, nisip și vânt existente la înălțimile la care ajung turbinele moderne.
Ei modelează evoluția eroziunii palelor și calculează pierderile de energie electrică pe care le poate provoca operatorilor. De asemenea, au analizat cum s-ar putea diminua daunele dacă s-ar reduce viteza de rotație a turbinelor în timpul ploilor abundente și au dezvoltat geometrii ale palelor concepute să reziste la condiții meteorologice severe.
„Scopul proiectului este de a înțelege mai bine cum funcționează turbinele eoliene în condiții meteorologice reale”, a declarat Méndez.
Echipa reunește 11 universități, întreprinderi și centre de cercetare și inovare din șase țări. Colaborarea transfrontalieră oferă cercetătorilor posibilitatea de a compara o gamă largă de condiții, analizând amplasamente pe uscat și pe mare, din Danemarca și Regatul Unit, până în Insulele Canare.
Probleme cauzate de ploaie
Înțelegerea fenomenelor legate de precipitații este deosebit de dificilă. Echipa le-a măsurat la înălțimi de până la 3 km deasupra solului, înregistrând tipul precipitațiilor, mărimea picăturilor sau a particulelor și viteza cu care cad.
„Am aflat că efectele precipitațiilor sunt complexe și că mai avem încă multe de înțeles”, a spus Méndez. „Legătura dintre precipitații și vânt nu este întotdeauna simplă: ploaia nu înseamnă neapărat vânt puternic, și nici invers. Efectele depind și de configurația terenului, respectiv dacă este plat sau are un relief mai variat”.
Hannesdóttir a adăugat că și măsurarea și simularea efectelor ploii reprezintă o provocare. „Putem așeza două instrumente unul lângă altul și, totuși, să obținem valori diferite. De regulă, nu vedem așa ceva în cazul vântului.”
Cercetătorii explorează soluții practice de limitare a daunelor. Una dintre abordări constă în reducerea vitezei de rotație a palelor în condiții de ploaie torențială, când riscul de eroziune este mare. Deși măsura presupune o producție mai mică de energie electrică pe termen scurt, diminuarea uzurii ar putea prelungi durata de viață a palelor și contribui la menținerea performanțelor pe termen lung
De asemenea, echipa a proiectat noi geometrii ale palelor, menite să le îmbunătățească rezistența la deteriorările cauzate de condițiile meteorologice.
Instrumente concepute împreună cu industria eoliană
Echipa AIRE și-a reunit modelele și datele într-un set de instrumente online, ajutând alți cercetători și industria eoliană să evalueze riscurile și să îmbunătățească proiectarea și exploatarea turbinelor.
Resursele cuprind un atlas al riscului de erodare a palelor, care prezintă riscul modelat de eroziune provocat de ploaie, la nivel european, un instrument de planificare pentru parcurile eoliene în condiții precum ploaia și furtunile de nisip, precum și modele care estimează pierderile de energie electrică produsă de turbine, pe măsură ce palele lor se uzează.
Setul de instrumente este cu sursă deschisă, ceea ce înseamnă că oricine îl poate utiliza și adapta.
„Sperăm că setul de instrumente AIRE va constitui o resursă durabilă pe care cercetătorii și industria să o poată utiliza, valida și dezvolta în continuare pentru a îmbunătăți fiabilitatea energiei eoliene”, a declarat Hannesdóttir.
Resursele au fost dezvoltate în strânsă colaborare cu parteneri industriali, și anume cu divizia daneză de la Siemens Gamesa Renewable Energy, Capital Energy din Spania și Engie din Franța.
„Aceștia au testat instrumentele pe parcursul procesului de proiectare și au transmis observațiile dezvoltatorilor. Utilizarea acestor modele ar trebui să reducă incertitudinea și costurile și să mărească producția de energie electrică, ajutând producătorii de pale și operatorii de parcuri eoliene să-și îmbunătățească proiectele și operațiunile”, a declarat Méndez.
Schimbul de cunoștințe
Cercetările AIRE fac parte dintr-un efort european mai amplu de îmbunătățire a prognozelor privind energia eoliană și a proiectării turbinelor, alături de alte două inițiative finanțate de UE, FLOW și MERIDIONAL.
Cercetătorii implicați în aceste proiecte au dezvoltat, de asemenea, modele și metode pentru a anticipa cantitatea de energie electrică pe care o vor produce parcurile eoliene, precum și solicitările la care vor fi supuse.
Împreună, cele trei echipe au contribuit la WindLab, o platformă online cu acces liber la cunoștințe și date pe care oricine le poate consulta și utiliza. Aceasta conține în prezent peste 1.100 de seturi de date – colecții de măsurători și de simulări pe calculator – de la 27 de organizații participante.
Datele acoperă totul, de la măsurători ale vântului, ploii și stării palelor până la simulări pe calculator ale atmosferei. Conține informații despre turbinele instalate pe uscat și pe mare, dar și despre sisteme aeriene,de exemplu zmeie.
Pentru Méndez, obiectivul pe termen lung este ca producția de energie eoliană să devină mai previzibilă și mai puțin riscantă.
„Sperăm că moștenirea proiectului AIRE va consta într-o mai bună înțelegere a potențialului eolian al unui amplasament și a dificultăților legate de condițiile meteorologice pe care le prezintă, contribuind astfel la reducerea riscurilor financiare ale proiectelor viitoare”, a spus ea. „O energie eoliană mai fiabilă va contribui la stabilizarea prețurilor energiei și va facilita integrarea surselor regenerabile de energie în sistemul energetic.”
Pentru Hannesdóttir, scopul este clar. „Vrem să demonstrăm că eroziunea poate fi anticipată și gestionată activ prin instrumente practice, cu sursă deschisă.”
Pe măsură ce devin din ce în ce mai mari și sunt instalate în amplasamente cu condiții tot mai dificile, turbinele se confruntă cu o gamă mai largă de condiții atmosferice. Printr-o mai bună înțelegere a fenomenelor eoliene și meteorologice, cercetătorii speră să ajute turbinele să reziste condițiilor la care vor fi expuse și să continue să producă energia electrică curată pe care se bazează Europa.
Articol scris de Gareth Willmer
Acest articol a fost publicat inițial în Horizon, revista UE dedicată cercetării și inovării.Cercetările prezentate în acest articol au fost finanțate prin programul Orizont al UE.
Mai multe informații
- AIRE (CORDIS)
- Site-ul proiectului AIRE
- Setul de instrumente AIRE
- WindLab
- FLOW (CORDIS)
- Site-ul proiectului FLOW
- MERIDIONAL (CORDIS)
- Site-ul proiectului MERIDIONAL
- Directiva privind energia din surse regenerabile
- Energia eoliană
