Vědci se inspirovali palmami. Vyvíjejí větrné turbíny odolné vůči hurikánům

Hurikán
Zdroj: Shutterstock

Dnešní pobřežní větrné turbíny se mohou tyčit i více než 150 metrů nad zemí a jejich neustále se zvětšující rotující lopatky vyrobí každá až osm megawattů (MW), což je dost na napájení asi čtyř tisíc domácností. S rostoucí velikostí ovšem přicházejí problémy – u východního pobřeží USA představují velké riziko silnější atlantické hurikány.

Návětrné turbíny, tedy ty otočené lopatkami proti větru, musí mít dostatečně tuhé lopatky, aby nedošlo ke kolizi s tělem turbíny. Stavba těchto relativně tlustých a masivních čepelí vyžaduje spoustu materiálu, což zvyšuje jejich cenu. Lopatky závětrných turbín, tedy těch otočených po větru, čelí menšímu riziku, že při poničení narazí do těla, a to znamená, že mohou být lehčí a flexibilnější, což vyžaduje méně materiálu, a tudíž méně peněz na výrobu.

Tyto lopatky se také mohou ohnout místo toho, aby se zlomily tváří v tvář silnému větru – podobně jako palmy, které zpravidla hurikány přečkají bez úhony. Během posledních šesti let proto vědci pracovali na vývoji tzv. SUMR (Segmented Ultralight Morphing Rotor) turbíny, dvoulistého závětrného rotoru.

Jak to funguje?

Jedním z nejsložitějších úkolů větrné energie je vypořádat se s nedostatečným nebo příliš velkým větrem najednou. Když jsou rychlosti větru příliš nízké, turbína nemůže produkovat užitečné množství energie. Když jsou poryvy příliš rychlé, mohou posunout hranice kapacity turbíny a způsobit její vypnutí, aby se zabránilo přetížení systému. Nekonzistence rychlosti větru ovšem sužuje větrnou energii od jejího počátku; ztracený čas strávený vypínáním systému vede k menšímu množství vyrobené energie a méně efektivní výrobě. Klíčem k tomuto problému jsou dle vědců vylepšení řídící jednotky.

Tento skrytý mozek má za úkol vyrábět energii za nízkou cenu a s nízkým opotřebením. Regulace probíhá pomocí zpětné vazby ovladačů výkonnosti, která následně přizpůsobuje provoz dané situaci – ovladač stáčení zajišťuje, že turbína směřuje správným směrem, ovladač náklonu lopatek určuje směr lopatek (v závislosti na rychlosti větru) a ovladač točivého momentu generátoru rozhoduje o tom, kolik energie se má odvést z turbíny na síť. I když řídí fyzické komponenty turbíny, tyto ovladače pracují prakticky jako softwarový algoritmus – a na jeho vylepšení se neustále pracuje, aby ve výsledku byly turbíny schopné fungovat i během nejsilnějších větrných událostí.

Uvedené algoritmy by v budoucnu mohly být použitelné nejen pro testované turbíny, ale i pro tradiční třílopatkové návětrné turbíny, které stále dominují na pozemních i pobřežních trzích.

Zdroj: ScienceDaily dle University of Colorado at Boulder – kráceno, upraveno