Konstrukcja turbiny wiatrowej
Konstrukcja łopatyEdit
Stosunek prędkości końcówki łopaty do prędkości wiatru nazywany jest współczynnikiem prędkości końcówki. Nowoczesne turbiny wiatrowe są zaprojektowane tak, aby obracać się ze zmienną prędkością (co jest konsekwencją konstrukcji generatora, patrz wyżej). Zastosowanie aluminium i materiałów kompozytowych w ich łopatkach przyczyniło się do zmniejszenia bezwładności obrotowej, co oznacza, że nowsze turbiny wiatrowe mogą szybko przyspieszać, jeśli wiatr się wzmaga, utrzymując stosunek prędkości obrotowej do prędkości wiatru na niemal stałym poziomie. Działanie bliższe optymalnemu współczynnikowi prędkości obrotowej podczas silnych podmuchów wiatru pozwala turbinom wiatrowym poprawić przechwytywanie energii z nagłych podmuchów, które są typowe w warunkach miejskich.
W przeciwieństwie do tego, starsze turbiny wiatrowe zostały zaprojektowane z cięższymi stalowymi łopatami, które mają większą bezwładność i obracały się z prędkością regulowaną przez częstotliwość prądu zmiennego linii energetycznych. Wysoka bezwładność buforowała zmiany prędkości obrotowej, dzięki czemu moc wyjściowa była bardziej stabilna.
Zrozumiałe jest, że hałas wzrasta wraz z wyższą prędkością końcówki łopaty. Zwiększenie prędkości obrotowej bez zwiększania hałasu pozwoliłoby na zmniejszenie momentu obrotowego przekładni i generatora oraz zmniejszenie ogólnych obciążeń konstrukcji, a tym samym obniżenie kosztów.
Zmniejszenie hałasu jest związane ze szczegółową aerodynamiką łopat, a zwłaszcza z czynnikami, które ograniczają gwałtowne przeciągnięcie. Niemożność przewidzenia przeciągnięcia ogranicza rozwój agresywnych koncepcji aerodynamicznych. Niektóre łopaty (głównie Enercon) posiadają winglet w celu zwiększenia osiągów i zmniejszenia hałasu.
Łopata może mieć stosunek udźwigu do oporu 120, w porównaniu z 70 dla szybowca i 15 dla samolotu pasażerskiego.
PiastaEdit
W prostych konstrukcjach, łopaty są bezpośrednio przykręcone do piasty i nie są w stanie się odchylać, co prowadzi do przeciągnięcia aerodynamicznego powyżej pewnych prędkości wiatru. W innych, bardziej zaawansowanych konstrukcjach, łopaty są przykręcone do łożyska podziałowego, które dostosowuje ich kąt natarcia za pomocą układu podziałowego w zależności od prędkości wiatru, aby kontrolować ich prędkość obrotową. Regulacja skoku jest wykonywana przez układy hydrauliczne lub elektryczne (akumulator kwasowo-ołowiowy lub ultrakondensator). Łożysko skoku jest przykręcone do piasty. The hub is fixed to the rotor shaft which drives the generator directly or through a gearbox.
Blade countEdit
The number of blades is selected for aerodynamic efficiency, component costs, and system reliability. Na emisję hałasu wpływa położenie łopat pod wiatr lub pod wiatr od wieży oraz prędkość wirnika. Biorąc pod uwagę, że emisja hałasu z krawędzi spływu i końcówek łopatek zmienia się o piątą potęgę prędkości łopatek, niewielki wzrost prędkości końcówek może stanowić dużą różnicę.
Turbiny wiatrowe opracowane w ciągu ostatnich 50 lat prawie zawsze wykorzystywały dwie lub trzy łopatki. Istnieją jednak patenty, które przedstawiają projekty z dodatkowymi łopatami, takie jak zintegrowana turbina wiatrowa z wieloma łopatami wirnika Chan Shin’a. Sprawność aerodynamiczna wzrasta wraz z liczbą łopat, ale z malejącym zwrotem. Zwiększenie liczby łopat z jednej do dwóch daje sześcioprocentowy wzrost sprawności aerodynamicznej, natomiast zwiększenie liczby łopat z dwóch do trzech daje tylko dodatkowe trzy procent sprawności. Dalsze zwiększanie liczby łopatek daje minimalną poprawę wydajności aerodynamicznej i poświęca zbyt wiele w sztywności łopatek, ponieważ stają się one cieńsze.
Teoretycznie, nieskończona liczba łopatek o zerowej szerokości jest najbardziej wydajna, działając przy wysokiej wartości współczynnika prędkości końcówki. Jednak inne względy prowadzą do kompromisu polegającego na zastosowaniu tylko kilku łopatek.
Koszty komponentów, na które wpływa liczba łopatek, dotyczą przede wszystkim materiałów i produkcji wirnika turbiny oraz układu napędowego. Ogólnie rzecz biorąc, im mniejsza liczba łopatek, tym niższe będą koszty materiałowe i produkcyjne. Ponadto, im mniejsza liczba łopatek, tym wyższa może być prędkość obrotowa. Wynika to z faktu, że wymagania dotyczące sztywności łopat w celu uniknięcia interferencji z wieżą ograniczają grubość łopat, ale tylko dla maszyn wietrznych; ugięcie łopat w maszynie wietrznej powoduje zwiększenie prześwitu wieży. Mniejsza liczba łopat przy wyższych prędkościach obrotowych zmniejsza szczytowe momenty obrotowe w układzie napędowym, co skutkuje niższymi kosztami przekładni i generatora.
Na niezawodność systemu ma wpływ liczba łopat, głównie poprzez dynamiczne obciążenie wirnika w układzie napędowym i wieży. Podczas dostosowywania turbiny wiatrowej do zmian kierunku wiatru (yawing), każda łopata doświadcza cyklicznego obciążenia na swoim końcu w zależności od pozycji łopaty. Dotyczy to jednej, dwóch, trzech lub więcej łopat. Jednak te obciążenia cykliczne, gdy są połączone razem na wale układu napędowego, są symetrycznie zrównoważone dla trzech łopat, dając bardziej płynną pracę podczas odchylania turbiny. Turbiny z jedną lub dwiema łopatkami mogą wykorzystywać obrotową piastę teeteryczną, aby również prawie wyeliminować obciążenia cykliczne wału napędowego i systemu podczas odchylania. Chińska dwułopatkowa turbina o mocy 3,6 MW jest obecnie testowana w Danii. Mingyang won a bid for 87 MW (29 * 3 MW) two-bladed offshore wind turbines near Zhuhai in 2013.
Finally, aesthetics can be considered a factor in that some people find that the three-bladed rotor is more pleasing to look at than a one- or two-bladed rotor.
Blade materialsEdit
In general, ideal materials should meet the following criteria:
- wide availability and easy processing to reduce cost and maintenance
- low weight or density to reduce gravitational forces
- high strength to withstand strong loading of wind and gravitational force of the blade itself
- high fatigue odporność na obciążenia cykliczne
- wysoka sztywność w celu zapewnienia stabilności optymalnego kształtu i orientacji ostrza oraz prześwitu z wieżą
- wysoka odporność na pękanie
- zdolność do wytrzymywania wpływów środowiska, takich jak uderzenia pioruna, wilgotność i temperatura
To zawęża listę akceptowalnych materiałów. Metale byłyby niepożądane z powodu ich podatności na zmęczenie. Ceramika ma niską odporność na pękanie, co może spowodować wczesną awarię ostrza. Tradycyjne polimery nie są wystarczająco sztywne, aby być użyteczne, a drewno ma problemy z powtarzalnością, szczególnie biorąc pod uwagę długość ostrza. To sprawia, że kompozyty wzmacniane włóknami, które mają wysoką wytrzymałość i sztywność oraz niską gęstość, stanowią bardzo atrakcyjną klasę materiałów do projektowania turbin wiatrowych.
Drewniane i płócienne żagle były używane we wczesnych wiatrakach ze względu na ich niską cenę, dostępność i łatwość produkcji. Mniejsze łopaty mogą być wykonane z metali lekkich, takich jak aluminium. Materiały te wymagają jednak częstej konserwacji. Konstrukcje z drewna i płótna ograniczają kształt profilu do płaskiej płyty, która ma stosunkowo wysoki stosunek oporu do przechwytywanej siły (niska sprawność aerodynamiczna) w porównaniu z profilami pełnymi. Konstrukcje pełnych profili aerodynamicznych wymagają zastosowania nieelastycznych materiałów, takich jak metale lub kompozyty. Niektóre łopaty mają również wbudowane piorunochrony.
Nowe konstrukcje turbin wiatrowych zwiększają produkcję energii z pojedynczych megawatów do 10 megawatów przy użyciu coraz większych łopat. Większa powierzchnia efektywnie zwiększa współczynnik prędkości obrotowej turbiny przy danej prędkości wiatru, zwiększając tym samym pozyskiwanie energii. Oprogramowanie inżynierskie wspomagane komputerowo, takie jak HyperSizer (pierwotnie opracowane do projektowania statków kosmicznych), może być wykorzystywane do poprawy projektowania łopat.
W 2015 roku średnica wirnika łopat lądowych turbin wiatrowych wynosiła 130 metrów, podczas gdy średnica turbin morskich osiągała 170 metrów. W 2001 roku do produkcji łopat turbin wiatrowych zużyto około 50 milionów kilogramów laminatu z włókna szklanego.
Ważnym celem większych systemów łopat jest kontrola ich masy. Ponieważ masa łopaty rośnie jako sześcian promienia turbiny, obciążenia grawitacyjne ograniczają systemy z większymi łopatami. Obciążenia grawitacyjne obejmują obciążenia osiowe i rozciągające/ściskające (góra/dół obrotu), jak również zginające (pozycje boczne). Wielkość tych obciążeń zmienia się cyklicznie, a momenty krawędziowe (patrz poniżej) są odwracane co 180° obrotu. Typowe prędkości wirnika i żywotność projektowa wynoszą odpowiednio ~10 i 20 lat, przy liczbie obrotów w całym okresie eksploatacji rzędu 10^8. Biorąc pod uwagę wiatr, oczekuje się, że łopatki turbiny przechodzą przez ~10^9 cykli obciążenia.Wiatr jest kolejnym źródłem obciążenia łopatek wirnika. Unoszenie powoduje zginanie w kierunku płaskim (poza płaszczyzną wirnika), podczas gdy przepływ powietrza wokół łopaty powoduje zginanie w kierunku krawędziowym (w płaszczyźnie wirnika). Zginanie klap wiąże się z naprężeniem po stronie docisku (pod wiatr) i kompresją po stronie ssania (pod wiatr). Zginanie krawędziowe obejmuje rozciąganie na krawędzi natarcia i ściskanie na krawędzi spływu.
Obciążenia wiatrem są cykliczne z powodu naturalnej zmienności prędkości wiatru i ścinania wiatru (większe prędkości na szczycie obrotu).
Niepowodzenie w obciążeniu granicznym łopat wirnika turbiny wiatrowej narażonych na działanie wiatru i obciążenia grawitacyjnego jest trybem awaryjnym, który należy uwzględnić podczas projektowania łopat wirnika. Prędkość wiatru, która powoduje zginanie łopat wirnika, wykazuje naturalną zmienność, podobnie jak reakcja na naprężenia w łopatach wirnika. Również wytrzymałość łopat wirnika na rozciąganie wykazuje naturalną zmienność.
W świetle tych trybów awaryjnych i coraz większych systemów łopat, podejmowane są ciągłe wysiłki w celu opracowania opłacalnych materiałów o wyższym stosunku wytrzymałości do masy. Aby wydłużyć obecny 20-letni okres eksploatacji łopat i zapewnić opłacalność produkcji łopat o większej powierzchni, projekt i materiały muszą być zoptymalizowane pod kątem sztywności, wytrzymałości i odporności zmęczeniowej.
Większość obecnie sprzedawanych łopat turbin wiatrowych jest wykonana z polimerów wzmocnionych włóknami (FRP), które są kompozytami składającymi się z matrycy polimerowej i włókien. Długie włókna zapewniają sztywność wzdłużną i wytrzymałość, a matryca zapewnia odporność na pękanie, wytrzymałość na rozwarstwienie, wytrzymałość poza płaszczyzną i sztywność. Wykazano, że wskaźniki materiałowe oparte na maksymalizacji wydajności energetycznej oraz wysokiej odporności na pękanie, odporności zmęczeniowej i stabilności termicznej są najwyższe dla tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem szklanym i węglowym (GFRP i CFRP).
W łopatkach turbinowych stosowane są matryce takie jak termoutwardzalne lub termoplastyczne, przy czym te pierwsze są bardziej powszechne. Umożliwiają one wiązanie włókien i zwiększają wytrzymałość łopatki. Termosety stanowią 80% rynku, ponieważ umożliwiają utwardzanie w niskiej temperaturze i mają mniejszą lepkość, co ułatwia ich przetwarzanie. Termoplasty oferują możliwość recyklingu, której nie oferują termosety, jednak temperatura przetwarzania i lepkość są znacznie wyższe, co ogranicza rozmiar i konsystencję, która jest ważna dla dużych ostrzy. Odporność na pękanie jest wyższa w przypadku tworzyw termoplastycznych, ale zachowanie zmęczeniowe jest gorsze. Podczas gdy termoplasty oferują możliwą przewagę środowiskową, należy przeprowadzić więcej badań.
Wytwarzanie łopat w zakresie od 40 do 50 metrów wiąże się ze sprawdzonymi technikami produkcji kompozytów z włókna szklanego. Producenci tacy jak Nordex SE i GE Wind stosują proces infuzji. Inni producenci stosują wariacje na temat tej techniki, niektóre z nich obejmują węgiel i drewno z włóknem szklanym w matrycy epoksydowej. Inne opcje obejmują wstępnie impregnowane („prepreg”) włókno szklane oraz formowanie z transferem żywicy wspomagane próżnią. Każda z tych opcji wykorzystuje kompozyt polimerowy wzmocniony włóknem szklanym o różnej złożoności. Prawdopodobnie największym problemem w przypadku bardziej uproszczonych, otwartych form, systemów mokrych są emisje związane z uwalnianymi lotnymi związkami organicznymi. Materiały preimpregnowane i techniki infuzji żywicy pozwalają uniknąć uwalniania lotnych związków organicznych, ponieważ zawierają wszystkie lotne związki organiczne. Jednak te zamknięte procesy mają swoje wyzwania, a mianowicie produkcja grubych laminatów niezbędnych do produkcji elementów konstrukcyjnych staje się trudniejsza. Ponieważ przepuszczalność żywicy w preformie dyktuje maksymalną grubość laminatu, konieczne jest odpowietrzanie, aby wyeliminować puste przestrzenie i zapewnić prawidłowe rozprowadzenie żywicy.Jednym z rozwiązań w zakresie rozprowadzania żywicy jest częściowo impregnowane włókno szklane. Podczas ewakuacji sucha tkanina stanowi drogę dla przepływu powietrza, a po zastosowaniu ciepła i ciśnienia żywica może przepłynąć do suchego obszaru, dając w efekcie dokładnie zaimpregnowaną strukturę laminatu.
Kompozyty na bazie epoksydów mają przewagę środowiskową, produkcyjną i kosztową nad innymi systemami żywic. Epoksydy pozwalają również na skrócenie cyklu utwardzania, zwiększenie trwałości i poprawę wykończenia powierzchni. Operacje Prepreg dodatkowo skracają czas przetwarzania w porównaniu z systemami mokrego układania. W miarę jak łopatki turbin przekraczają 60 metrów, techniki infuzji stają się coraz bardziej powszechne; tradycyjny czas wtrysku metodą transferu żywicy jest zbyt długi w porównaniu z czasem wiązania żywicy, co ogranicza grubość laminatu. Wtrysk przepuszcza żywicę przez grubszy stos warstw, dzięki czemu żywica osadza się w strukturze laminatu, zanim nastąpi żelowanie. Specjalistyczne żywice epoksydowe zostały opracowane w celu dostosowania ich żywotności i lepkości.
Sprężyny nośne wzmocnione włóknami węglowymi mogą zmniejszyć ciężar i zwiększyć sztywność. Szacuje się, że zastosowanie włókien węglowych w 60-metrowych łopatkach turbin pozwoli zmniejszyć całkowitą masę łopatek o 38% i obniżyć koszt o 14% w porównaniu do łopatek wykonanych w 100% z włókna szklanego. Włókna węglowe mają dodatkową korzyść w postaci zmniejszenia grubości laminatów z włókna szklanego, co dodatkowo rozwiązuje problemy związane z zwilżaniem żywicą grubych sekcji. Turbiny wiatrowe mogą również skorzystać z ogólnego trendu rosnącego wykorzystania i malejących kosztów materiałów z włókien węglowych.
Mimo, że włókna szklane i węglowe mają wiele optymalnych właściwości dla wydajności łopat turbin, istnieje kilka minusów tych obecnych wypełniaczy, w tym fakt, że wysoka frakcja wypełniacza (10-70% mas.) powoduje zwiększoną gęstość, jak również mikroskopijne defekty i puste przestrzenie, które często prowadzą do przedwczesnego uszkodzenia.
Ostatnie osiągnięcia obejmują zainteresowanie wykorzystaniem nanorurek węglowych (CNT) do wzmocnienia nanokompozytów na bazie polimerów. CNTs mogą być uprawiane lub osadzane na włóknach lub dodawane do żywic polimerowych jako matryca dla struktur FRP. Zastosowanie nanoskalowych CNT jako wypełniacza zamiast tradycyjnych wypełniaczy mikroskalowych (takich jak włókna szklane lub węglowe) daje w efekcie nanokompozyty CNT/polimer, których właściwości można znacząco zmienić przy bardzo niskiej zawartości wypełniacza (typowo < 5 wt%). Charakteryzują się one bardzo małą gęstością i poprawiają moduł sprężystości, wytrzymałość i odporność na pękanie matrycy polimerowej. Dodatek CNT do matrycy zmniejsza również propagację pęknięć międzywarstwowych, które mogą być problemem w tradycyjnych FRP.
Obecne badania nad tanim włóknem węglowym (LCCF) w Oak Ridge National Lab również przyciągnęły uwagę, ponieważ może ono złagodzić degradację strukturalną spowodowaną uderzeniami pioruna. W turbinach wiatrowych z włókna szklanego, piorunochron (LSP) jest zwykle dodawany na górze, ale jest to efektywnie martwy ciężar w odniesieniu do wkładu strukturalnego. Zastąpienie go przewodzącym włóknem węglowym, zwłaszcza że włókno węglowe jest lepszym materiałem, byłoby idealnym rozwiązaniem.
Innym najnowszym osiągnięciem badawczym jest wykorzystanie kompozytów polimerowych o właściwościach samoregenerujących do produkcji łopat. Samoregenerujące się polimery są atrakcyjne dla tego zastosowania, ponieważ łopatki turbiny tworzą pęknięcia ze zmęczenia w wyniku powtarzających się cyklicznych naprężeń, opisanych powyżej, a zatem mogą poprawić niezawodność i działać jako bufor dla różnych wad i rozwarstwień. Tak więc, w tym zastosowaniu, polimer jest używany do leczenia pęknięć w trakcie ich powstawania. W szczególności, jedno z badań koncentruje się na osadzaniu pokrytych parafiną drutów miedzianych w polimerze wzmocnionym włóknami w celu utworzenia sieci rurek. Za pomocą tych rurek, dicyklopentadien (DCPD) i katalizator, które następnie reagują tworząc termoutwardzalny polimer, który naprawia pęknięcia, które tworzą się w materiale. Chociaż jest to jeszcze wczesny etap procesu R&D, stanowi on obiecujący postęp, zwłaszcza w przypadku sieci polimerowych podatnych na wady produkcyjne lub turbin w środowiskach morskich, które są narażone na bardzo duże zmęczenie z powodu silnych wiatrów.
Dalsza poprawa jest możliwa dzięki zastosowaniu nanowłókien węglowych (CNF) w powłokach łopatek. Poważnym problemem w środowiskach pustynnych jest erozja krawędzi natarcia łopat przez piasek niesiony przez wiatr, co zwiększa chropowatość i obniża osiągi aerodynamiczne. Odporność na erozję cząsteczkową polimerów wzmacnianych włóknami jest niska w porównaniu z materiałami metalicznymi i elastomerami i wymaga poprawy. Wykazano, że zastąpienie włókna szklanego przez CNF na powierzchni kompozytu znacznie poprawia odporność na erozję. Wykazano również, że CNF zapewniają dobrą przewodność elektryczną (ważną w przypadku wyładowań atmosferycznych), wysoki współczynnik tłumienia i dobrą odporność na tarcie udarowe. Te właściwości sprawiają, że nanopapier na bazie CNF jest perspektywiczną powłoką dla łopat turbin wiatrowych.
W przypadku turbin wiatrowych, szczególnie tych na morzu lub w wilgotnym środowisku, występuje również erozja powierzchniowa na bazie wody. Na przykład, w zimnym klimacie, lód może gromadzić się na łopatkach i zwiększać chropowatość, zmniejszając moc wyjściową i żywotność łopatek turbiny. Ponadto, gdy łopatka obraca się z dużą prędkością, ten sam efekt erozji może być spowodowany przez wodę deszczową. Dlatego dobrym rozwiązaniem jest powłoka, która ma niski koszt instalacji i nie zużywa energii w okresie eksploatacji. Powłoka musi mieć następujące właściwości: dobre przyleganie do ostrza, odporność na temperaturę (zmiany sezonowe), odporność na warunki atmosferyczne (odporność na erozję spowodowaną solą, deszczem, piaskiem itp.), dobrą wytrzymałość mechaniczną, odporność na promieniowanie ultrafioletowe oraz właściwości przeciwoblodzeniowe i przeciwpalne. Ponadto, powłoka powinna być tania i przyjazna dla środowiska.
Jednym z aktualnych obszarów badań nad powłokami zapobiegającymi erozji lodu/wody są powierzchnie superhydrofobowe (SHS), na których krople wody zbierają się i staczają z ostrzy, gdy te się obracają. Wykazano, że SHS zapobiega również tworzeniu się lodu w temperaturze do -25 C, ponieważ zmienia proces tworzenia się lodu; konkretnie, na SHS tworzą się małe wysepki lodu, w przeciwieństwie do dużego frontu lodowego. Ponadto, ze względu na mniejszą powierzchnię hydrofobową, siły aerodynamiczne działające na ostrze pozwoliły tym wyspom zsunąć się z ostrza, zapobiegając dalszemu tworzeniu się lodu. Inne strategie łączenia tych powłok z elementami grzewczymi wzdłuż łopatek w celu dalszego zapobiegania tworzeniu się lodu są badane, ale ponieważ przemysł naciska na wydłużenie łopatek, zużycie energii do ogrzewania łopatek wzrasta.
Innym ważnym źródłem degradacji łopatek turbin są uszkodzenia spowodowane uderzeniami pioruna, które w ciągu normalnego 25-letniego okresu eksploatacji mogą doświadczyć wielu uderzeń pioruna. Zakres uszkodzeń spowodowanych uderzeniem pioruna rozciąga się od zwykłego przypalenia i pęknięcia laminatu na poziomie powierzchni, do pęknięć w łopatce lub całkowitego oddzielenia klejów, które utrzymują łopatkę razem. Najczęściej obserwuje się uderzenia piorunów w końcówki łopat, szczególnie w deszczową pogodę, ponieważ miedziane przewody przyciągają pioruny. Najbardziej powszechną metodą walki z tym problemem, szczególnie w przypadku nieprzewodzących materiałów, takich jak GFRP i CFRP, jest dodanie odgromników, które są jedynie metalowymi przewodami zapewniającymi nieprzerwaną drogę do ziemi, omijając całkowicie łopatki i przekładnię, aby wyeliminować ryzyko uszkodzenia tych elementów.
Recykling łopatEdit
Global Wind Energy Council (GWEC) przewiduje, że energia wiatrowa zaspokoi 15,7% światowego zapotrzebowania na energię do roku 2020 i 28,5% do roku 2030. Ten dramatyczny wzrost globalnej produkcji energii wiatrowej będzie wymagał zainstalowania nowszej i większej floty bardziej wydajnych turbin wiatrowych oraz konsekwentnego wycofania z eksploatacji tych starzejących się. Według badań przeprowadzonych przez Europejskie Stowarzyszenie Energetyki Wiatrowej, tylko w 2010 roku przemysł turbin wiatrowych zużył od 110 do 140 kiloton kompozytów do produkcji łopat. Większość materiału, z którego wykonane są łopaty, trafi w końcu do odpadów, a jedyną opcją na zagospodarowanie tego poziomu odpadów kompozytowych jest recykling. Od 2020 roku większość łopat po zakończeniu użytkowania jest tymczasowo składowana lub wysyłana na wysypiska śmieci, a nie poddawana recyklingowi. Zwykle polimery wzmocnione włóknem szklanym (GFRP) stanowią około 70% materiału laminatowego w ostrzu. GFRP utrudniają spalanie i nie są palne. Dlatego też konwencjonalne metody recyklingu muszą zostać zmodyfikowane. Obecnie, w zależności od tego czy poszczególne włókna mogą być odzyskane, istnieje kilka ogólnych metod recyklingu GFRP w łopatkach turbin wiatrowych:
- Recykling mechaniczny: W tej metodzie nie odzyskuje się pojedynczych włókien. Wstępne procesy obejmują rozdrabnianie, miażdżenie lub mielenie. Rozdrobnione kawałki są następnie rozdzielane na frakcje bogate we włókna i żywicę. Frakcje te są ostatecznie włączone do nowych kompozytów jako wypełniacze lub wzmocnienia.
- Przetwarzanie chemiczne/Pyroliza: Rozkład termiczny kompozytów jest stosowany w celu odzyskania poszczególnych włókien. W przypadku pirolizy materiał jest podgrzewany do temperatury 500 °C w środowisku bez dostępu tlenu, co powoduje jego rozpad na substancje organiczne o mniejszej masie i produkty gazowe. Włókna szklane tracą z reguły 50% swojej początkowej wytrzymałości i mogą być teraz poddane recyklingowi w celu wzmocnienia włókien w farbach lub betonie. Badania wykazały, że ta opcja wycofania z eksploatacji jest w stanie odzyskać do około 19 MJ/kg. Metoda ta wiąże się jednak ze stosunkowo wysokimi kosztami i wymaga podobnego mechanicznego przetwarzania wstępnego. Ponadto, nie została ona jeszcze zmodyfikowana, aby zaspokoić przyszłe potrzeby recyklingu łopat turbin wiatrowych na dużą skalę.
- Bezpośredni recykling strukturalny kompozytów: Opracowany w celu zwalczania nieefektywności i kosztów związanych z chemicznymi, termicznymi i mechanicznymi procesami recyklingu, które albo zmniejszają właściwości użytkowe, albo działają tylko jako wypełniacz dla innych kompozytów. Ogólną ideą tej metody jest ponowne wykorzystanie kompozytu, co można osiągnąć zwłaszcza w przypadku większych materiałów kompozytowych, ponieważ można je podzielić na kilka części, które mogą być wykorzystywane w innych zastosowaniach, bez zmiany właściwości chemicznych komponentu kompozytowego.
Jeden start-up, Global Fiberglass Solutions, twierdzi, że ma metodę rozbicia ostrzy i wciśnięcia ich w granulki i płyty pilśniowe, które mogą być używane do podłóg i ścian. Firma rozpoczęła produkcję próbek w zakładzie w Sweetwater w Teksasie, w pobliżu największej na kontynencie koncentracji farm wiatrowych. Planuje kolejne działania w Iowa.