Un nuevo diseño para palas gigantes de más de dos campos de fútbol podría ayudar a traer turbinas eólicas de 50 megavatios MW en alta mar a los Estados Unidos y al mundo.
La investigación de los Laboratorios Nacionales de Sandia sobre el Rotor de Morphing ultraligero segmentado a gran escala SUMR está financiada por el Programa de Energía de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada del Departamento de Energía DOE. El desafío: diseñar una turbina costa afuera de 50 MW de bajo costorequiere una pala de rotor de más de 650 pies 200 metros de largo, dos veces y media más larga que cualquier pala de viento existente.
El equipo está dirigido por la Universidad de Virginia e incluye a Sandia e investigadores de la Universidad de Illinois, la Universidad de Colorado, la Escuela de Minas de Colorado y el Laboratorio Nacional de Energía Renovable. Los socios asesores corporativos incluyen Dominion Resources, General Electric Co., Siemens AG y Vestas Wind Systems.
"Las turbinas Exascale aprovechan las economías de escala", dijo Todd Griffith, diseñador líder de aspas del proyecto y líder técnico del Programa de Energía Eólica Offshore de Sandia.
El trabajo previo de Sandia en sistemas de 13 MW utiliza aspas de 100 metros 328 pies en las que se basan los diseños iniciales de SUMR. Mientras que una turbina eólica horizontal de 50 MW está muy por encima del tamaño de cualquier diseño actual, los estudios muestran que la cargala alineación puede reducir drásticamente los esfuerzos máximos y la fatiga en las palas del rotor. Esto reduce los costos y permite la construcción de palas lo suficientemente grandes como para un sistema de 50 MW.
La mayoría de las turbinas eólicas actuales de EE. UU. Producen energía en el rango de 1 a 2 MW, con palas de aproximadamente 165 pies 50 metros de largo, mientras que la turbina más grande disponible comercialmente tiene una potencia de 8 MW con palas de 262 pies 80 metros de largo.
"Estados Unidos tiene un gran potencial de energía eólica en alta mar, pero las instalaciones en alta mar son caras, por lo que se necesitan turbinas más grandes para capturar esa energía a un costo asequible", dijo Griffith.
Las barreras permanecen antes de que los diseñadores puedan escalar hasta una turbina de 50 MW, más de seis veces la potencia de salida de las turbinas de corriente más grandes.
"Las cuchillas convencionales de viento ascendente son caras de fabricar, desplegar y mantener más allá de 10-15 MW. Deben ser rígidas, para evitar la fatiga y eliminar el riesgo de golpes de torre en ráfagas fuertes. Estas cuchillas rígidas son pesadas y su masa, queestá directamente relacionado con el costo, se vuelve aún más problemático en la escala extrema debido a las cargas de gravedad y otros cambios ", dijo Griffith.
Dijo que las nuevas cuchillas podrían fabricarse en segmentos de manera más fácil y rentable, evitando el equipo a escala sin precedentes necesario para el transporte y el ensamblaje de las cuchillas construidas como unidades individuales.
Las turbinas Exascale estarían ubicadas a favor del viento, a diferencia de las turbinas convencionales que están configuradas con las palas del rotor en la dirección del viento de la torre.
La alineación de carga de SUMR está bioinspirada por la forma en que las palmeras se mueven en las tormentas. El tronco liviano y segmentado se aproxima a una serie de conchas cilíndricas que se doblan en el viento mientras retienen la rigidez del segmento. Esta alineación reduce radicalmente la masa requerida para el endurecimiento de la cuchillareduciendo las fuerzas en las cuchillas utilizando el enfoque de alineación de carga inspirado en la palmera.
Las palas de turbina segmentadas tienen una ventaja significativa en partes del mundo en riesgo de tormentas severas, como huracanes, donde las turbinas en alta mar deben soportar velocidades de viento tremendas de más de 200 mph. Las palas se alinean para reducir las fuerzas en voladizo sobre la pala a través de un muñónbisagra cerca del eje que responde a los cambios en la velocidad del viento.
"A velocidades de viento peligrosas, las palas se guardan y se alinean con la dirección del viento, reduciendo el riesgo de daños. A velocidades de viento más bajas, las palas se extienden más para maximizar la producción de energía", dijo Griffith.
Avanzar hacia turbinas de exascala podría ser una forma importante de cumplir con el objetivo del DOE de proporcionar el 20 por ciento de la energía del país a partir del viento para 2030, como se detalla en su reciente Informe de Visión del Viento.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Sandia National Laboratories . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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