Wschodnia szkoła demontażu

Artykuł Demontaż oprawy rastrowej bez drabiny pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

“Wycinka” turbiny wiatrowej, która rozpoczęła pracę jeszcze w XX wieku. Standardowy okres eksploatacji takich turbin wynosi 20-25 lat. Według danych z NREL (Narodowego Laboratorium Energetyki Odnawialnej) w samym tylko USA co roku wycofywanych jest od 3 do 9 tys. zużytych łopat, a do 2040 roku liczba ta wzrośnie do 10–20 tys. rocznie.

Być może w tym przypadku (jak twierdzi autor filmu) faktycznie udało się ponownie wykorzystać wszystkie elementy turbiny – różne są pomysły na recykling zużytych łopat. Jednak najnowszy raport amerykańskiego Departamentu Energetyki (DOE) bazujący na danych NREL wskazuje, że obecnie udaje się przetworzyć do 90% masy wycofywanych z użytku turbin wiatrowych. Recykling pozostałych 10% komponentów wciąż pozostaje wyzwaniem.

Najłatwiejsze w recyklingu są wieże, fundamenty i stalowe komponenty układów napędowych. Większym wyzwaniem pozostają generatory, osłona gondoli i oczywiście łopaty. Na opłacalność recyklingu komponentów wiatrowych wpływają czynniki takie jak popyt na materiały, opłaty za utylizację, odległości transportowe i dostępność wykwalifikowanej siły roboczej.

Aby przyspieszyć komercjalizację technologii recyklingowych DOE finansuje szereg programów badawczo-rozwojowych, takich jak konkurs Wind Turbine Materials Recycling Prize z nagrodami wartości 5,1 mln dolarów.

Nad wtórnym wykorzystaniem łopat turbin wiatrowych pracują również Polacy:

Artykuł Demontaż zużytej turbiny wiatrowej [USA] pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Program badawczy realizowany w ramach konkursu ISKRA – budowanie międzyuczelnianych zespołów badawczych obejmuje opracowanie systemów drogowych ekranów akustycznych z wykorzystaniem elementów kompozytowych śmigieł turbin wiatrowych. To badania koncepcyjne, badania eksperymentalne w skali naturalnej oraz badania numeryczne MES.

Z grupą naukowców spostrzegliśmy, że są ogromne problemy związane z utylizacją śmigieł elektrowni wiatrowych, które wyszły z użytkowania bądź są zamieniane na bardziej efektywne pod względem rozwiązań technicznych. Cykl życia śmigła wiatrowego wynosi średnio 20-25 lat. Oznacza to, że po roku 2035 około 225 tys. ton zużytych śmigieł powinno zostać poddanych recyklingowi – wyjaśnia genezę badań dr hab. inż. Mirosław Broniewicz, prof. PB z Katedry Konstrukcji Budowlanych i Mechaniki Budowli Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej.

Okazuje się, że przy zachodniej granicy Polski składowane są dosłownie setki olbrzymich łopat śmigieł, które praktycznie nie ulegną rozkładowi – są wykonane z materiałów kompozytowych wzmocnionych włóknem szklanym. Naukowcy z trzech uczelni ze Ściany Wschodniej zrzeszeni w Politechnicznej Sieci Via Carpatia postanowili zaproponować nowatorski sposób wykorzystania takiego „złomu” przy jak największym poszanowaniu środowiska naturalnego.

Zespół naukowców Politechniki Białostockiej od kwietnia 2023 roku pracuje nad projektem p.t. „Wtórne wykorzystanie łopat turbin wiatrowych w konstrukcjach inżynierskich”, którego celem jest wykorzystanie materiału kompozytowego uzyskanego ze złomowanych łopat turbin wiatrowych do budowy drogowych ekranów akustycznych. Stwierdzili oni, że tak naprawdę nie stanieją dotychczas na świecie efektywne metody ponownego wykorzystania łopat turbin wiatrowych. Naukowcy amerykańscy w procesie pirolizy pod wpływem wysokiej temperatury dokonują rozkładu materiału kompozytowego, oddzielając materiał organiczny od nieorganicznych włókien szklanych, uzyskując w ten sposób materiał, który spalając wykorzystuje się do wytwarzania energii. Niestety jest to proces długotrwały i energochłonny. Duńczycy z kolei zamieniają łopaty śmigieł na elementy małej architektury typu ławki, przystanki, wiaty dla rowerów, czy meble ogrodowe. Naukowcy z Politechniki Rzeszowskiej zaproponowali wykorzystanie łopat w mostownictwie do wykonywania elementów nośnych kładek dla pieszych.

– Ten pomysł został włączony do programu Politechnicznej Sieci Via Carpatia i pozwoli na wykorzystanie do budowy ekranów drogowych prawie całych łopat turbin wiatrowych  – wyjaśnia autorskie rozwianie prof. Broniewicz.

Pomysł jest wynikiem wszechstronnej wiedzy praktycznej naukowców z Politechniki Białostockiej. Bo ekrany drogowe są obecnie budowane na różne sposoby.

– Elementy panelu akustycznego mogą być wykonywane jako żelbetowe, ze zintegrowaną warstwą tłumiącą, w różny sposób barwione, są również ekrany akustyczne wykonywane z elementów z tworzyw sztucznych, czy z blach stalowych – wymienia prof. Broniewicz. – Każde z tych rozwiązań ma dużo cech negatywnych  – ekrany żelbetowe są bardzo trwałe, ale opierają się na wykorzystaniu cementu, którego produkcja bardzo obciąża środowisko. Tworzywa sztuczne mogą podlegać degradacji zaś ekrany wykonywane z blach fałdowych czy trapezowych są mało odporne na warunki środowiskowe zwłaszcza związane z zasoleniem dróg i szybko ulegają korozji stąd pomysł, żeby do budowy ekranów wykorzystać materiał kompozytowy.

A takim doskonałym materiałem kompozytowym jest właśnie materiał odpadowy z kompozytowych śmigieł elektrowni wiatrowych.

– Moim pomysłem i zadaniem naszej uczelni było użycie pociętych elementów kompozytowych do budowy ekranów drogowych – mówi prof. Broniewicz, lider zespołu naukowców w Politechnice Białostockiej. W jego skład wchodzą dr inż. Krzysztof Czech, także z Katedry Konstrukcji Budowlanych i Mechaniki Budowli Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej, dr inż. Robert Andrzej Stachniewicz z Katedry Budownictwa Zrównoważonego i Instalacji Budowlanych WBiNŚ oraz doktorant mgr inż. Filip Broniewicz.

Dobrze wyprofilowane śmigło pomaga przenieść na wirnik turbiny jak największą porcję energii wiatrowej, ale też stanowi wyzwanie przy projektowaniu ekranów akustycznych.

– Te elementy mają ciągłą krzywiznę – zmienia się i przekrój i grubość – przypomina prof. Broniewicz. – Tworząc wstępną koncepcję założyliśmy pocięcie śmigieł na mniejsze elementy, z których będą składane panele ekranów akustycznych.

Kolejnym problemem było to, że śmigła są wykonywane z różnego rodzaju materiałów. Wewnętrzne żebra wzmacniające są wykonane z pełnego kompozytu o grubości 3 cm natomiast w pozostałej części zastosowany jest materiał trzywarstwowy czyli typu sandwich, gdzie tylko okładziny zewnętrzne o grubości 3 mm są elementami kompozytowymi natomiast sam rdzeń wykonany jest z drewna balsa.

– Aby wykorzystać jak największą ilość materiału z każdego śmigła zbadaliśmy właściwości mechaniczne litego kompozytu, jak i właściwości mechaniczne materiału trójwarstwowego – opowiada prof. Broniewicz. Tu naukowcy wykorzystali dobrze znaną Metodę Elementów Skończonych i stworzyli model numeryczny przykładowego panelu akustycznego.

– Obciążyliśmy go zgodnie z wymaganiami norm przedmiotowych – uwzględniliśmy zarówno obciążenie wiatrem działającym na ekrany drogowe, jak i obciążeniem ruchem samochodowym, czyli wszystkimi wymaganymi rodzajami obciążenia i w sposób numeryczny sprawdziliśmy wytrzymałość tych paneli – wyjaśnia kolejny krok w badaniach prof. Broniewicz. – Wyniki wyszły zadowalające, bo stopień wytężenia panelu akustycznego od najbardziej ekstremalnych obciążeń wynosił 47%, czyli według symulacji są to elementy bardzo wytrzymałe.

Teraz nadszedł czas na badania doświadczalne. W hali WBiNŚ czekają na pocięcie olbrzymie śmigła. Są już przygotowane dwuteowniki i ceowniki, które posłużą do wykonania rzeczywistego panelu.

– W ramę z ceownika zimnogiętego  zostaną wpasowane elementy wycięte ze śmigła elektrowni wiatrowej, a całość zostanie osadzona na słupach z dwuteownika stalowego 160 mm i będzie  obciążana za pomocą systemu siłowników hydraulicznych, żeby zobrazować rzeczywiste obciążenie działające na konstrukcję drogową – planuje prof. Broniewicz.

Po badaniach wytrzymałościowych modelowe panele przejdą badania akustyczne, czyli naukowcy sprawdzą efektywność akustyczną paneli. Najpierw – za pomocą wyspecjalizowanych programów, czyli narzędzi informatycznych, a następne już dużej komorze akustycznej, jaką dysponuje Politechnika Rzeszowska – partnerska uczelnia w Politechnicznej Sieci Via Carpatia.

– Nasz element w skali naturalnej zostanie zbadany z zastosowaniem specjalistycznego sprzętu do badania właściwości akustycznych – podkreśla prof. Broniewicz.

Jednocześnie naukowcy z wszystkich trzech uczelni Sieci przygotowują pierwszą międzynarodową publikację w renomowanym piśmie naukowym.

– Naukowcy z Politechniki Rzeszowskiej już poparli nasz kierunek badań, teraz czekamy na recenzję badaczy z Politechniki Lubelskiej i już wkrótce przedstawimy światu rezultaty naszych wstępnych badań – planuje prof. Broniewicz.

Taki wspólny projekt jest elementem programu ISKRA, polegającego na budowaniu międzyuczelnianych zespołów badawczych. Planowane zakończenie projektu p.t. Wtórne wykorzystanie łopatek turbin wiatrowych w konstrukcjach inżynierskich jest planowane na 31 lipca 2025 roku.

Źródło: Politechnika Białostocka

Artykuł Zużyte łopaty turbin wiatrowych ponownie wykorzystane do budowy ekranów akustycznych pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Inne ujęcie tej samej elektrowni wiatrowej:

Artykuł Turbiny wiatrowe z długą ekspozycją pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Artykuł Złamana łopata turbiny na farmie wiatrowej Dobiesław pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

– Koncepcja i założenia projektowe kładki, wykonanej z wykorzystaniem łopaty turbiny wiatrowej, powstały przy współpracy Politechniki Rzeszowskiej. Pomysłodawcą projektu jest Pan Andrzej Adamcio właściciel firmy Anmet, zajmującej się recyklingiem metali i materiałów kompozytowych, w szczególności wyeksploatowanych śmigieł turbin wiatrowych, które do tej pory trudno było poddać recyklingowi – powiedział Mirosław Gąsik, burmistrz Szprotawy.

Docelowo kładka ma zostać wyposażona w instalację oświetleniową LED zasilaną z paneli fotowoltaicznych. Całkowita wartość przedsięwzięcia, obejmującego dodatkowo budowę ciągu rowerowo-pieszego oraz mini bulwaru, to kwota 250 tys. zł, z czego 80 tys. zł to dofinansowanie w ramach Programu Inwestycyjnego „Lubuska Baza Turystyczna”.

Standardowy okres eksploatacji turbiny wiatrowej to około 20-25 lat. Pionierska konstrukcja w Szprotawie jest ciekawym sposobem na wykorzystanie lekkich i trwałych łopat turbin, których przetworzenie może być trudne lub nieopłacalne.

Artykuł Pierwsza w Polsce kładka ze zużytej łopaty turbiny wiatrowej pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Konstruowanie coraz większych turbin wiatrowych i coraz dłuższych łopat z myślą o morskich farmach wiatrowych doprowadziło do zwiększenia prędkości obrotowych na końcówkach łopat, które na morzu mogą przekraczać nawet 330 km/h. Przy tych prędkościach wielokrotne uderzenia kropli deszczu i cząstek stałych, takich jak lód i grad, przyspieszają zużycie materiału, z którego wykonana jest powłoka łopat, prowadząc z czasem do widocznych uszkodzeń na ich krawędziach. Wpływa to negatywnie na aerodynamikę łopaty i powoduje, że turbina wiatrowa z czasem wytwarza rocznie mniej energii, a tym samym zmniejsza planowany zwrot z inwestycji w elektrownię wiatrową.

Erozja łopat turbiny wiatrowej nie tylko zmniejsza jej wydajność, ale także powoduje zmianę dielektrycznych właściwości, które zapewnia powłoka łopaty, co może prowadzić do większych uszkodzeń, np. w wyniku wyładowań atmosferycznych.

Dlatego wszelkie nierówności na powierzchni łopaty spowodowane erozją muszą być naprawione i zabezpieczone przed dalszymi uszkodzeniami.

Artykuł Erozja turbiny wiatrowej po 2 latach pracy na Morzu Północnym pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Oryginalny film jest nagrany przez kierowcę samochodu eskortującego transport łopaty, który zorientował się, że pociąg nadjeżdża kiedy sam już przejechał przez przejazd kolejowy.

Kierowca 18-kołowej ciężarówki nie odniósł żadnych obrażeń. Złamana przez lokomotywę łopata uszkodziła trzy puste samochody, sąsiadujący budynek handlowy i słup.

Kolizja została zarejestrowana również przez kierowcę po drugiej stronie torów:

Artykuł Transport łopaty turbiny wiatrowej przez przejazd kolejowy pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Artykuł Montaż łopaty wirnika turbiny wiatrowej pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.

Występujące w łopatach turbin wiatrowych polimery zbrojone włóknami (FRP) powodują, że elementy te praktycznie nie nadają się do recyklingu.

Każda z przywiezionych tu łopat ma około 90 metrów długości i zostaje pocięta na trzy części. Następnie wszystko jest układane w stosy i zakopane.

Według szacunków do 2030 r. kraje Unii Europejskiej zużyją na instalacje wiatrowe 4 mln ton polimerów zbrojonych włóknami FRP.

Składowisko zużytych łopat z turbin wiatrowych w Casper widoczne na zdjęciach w Google Earth:

Artykuł Cmentarzysko starych turbin wiatrowych pochodzi z serwisu Elektryka Prąd Nie Tyka - instalacje elektryczne w praktyce.