Krawędź natarcia – kluczowy czynnik wpływający na produkcję energii

Choć krawędź natarcia łopaty (ang. leading edge) zajmuje niewielką powierzchnię, jej rola w pracy turbiny jest fundamentalna. To miejsce szczególnie narażone na erozję, która może postępować zaskakująco szybko i błyskawicznie przełożyć się na spadek uzysku energii. Dlatego jej kondycja ma bezpośredni wpływ na to, czy łopaty zachowują pełną wydajność w trakcie pracy.

Krawędź natarcia to pierwsza część łopaty, która przecina strumień powietrza – i jednocześnie obszar najbardziej podatny na zużycie. Deszcz, piasek, grad czy drobny pył działają na nią jak niezwykle skuteczny papier ścierny, stopniowo osłabiając powłoki ochronne i naruszając strukturę laminatu.

Z tego powodu regularne inspekcje oraz szybkie naprawy krawędzi natarcia to nie kwestia estetyki, lecz kluczowy element utrzymania wysokiej wydajności turbiny. Nawet niewielkie ubytki mogą obniżyć produkcję energii o 3-6 proc. a poważniejsze uszkodzenia – jeszcze bardziej pogłębiają straty.

REKLAMA

Mały element, duże straty

Na pierwszy rzut oka erozja krawędzi natarcia wygląda jak drobne zadrapania, odpryski czy lekko zmatowiona powierzchnia. W praktyce to jeden z najbardziej niedocenianych czynników wpływających na pracę turbiny. Te niewielkie ślady zużycia zmieniają przepływ powietrza wokół łopaty, powodując, że ta przestaje „ciąć powietrze” tak efektywnie, jak powinna. A kiedy aerodynamika zawodzi – produkcja energii spada.

Jak bardzo? Więcej niż większość operatorów zakłada. Już minimalna erozja może obniżyć uzysk o 3-6 proc., a przy poważniejszych ubytkach wartości te rosną do ponad 8 proc. Małe uszkodzenia, duże konsekwencje. I to nie jest intuicja – to twarde dane.

Badania DTU Wind Energy wykazały, że utrata zaledwie 1-2 proc. profilu aerodynamicznego może skutkować 3-5-procentowym spadkiem produkcji, a erozja na poziomie 1-2 mm to straty rzędu nawet ponad 6-8%¹. Vestas potwierdza, że „umiarkowana erozja” potrafi uszczuplić roczny uzysk o około 5 proc.². Siemens Gamesa dodaje, że lokalne uszkodzenia powłok LE generują 2-4 proc. strat aerodynamiki, które rosną wykładniczo wraz z postępem erozji³. Z kolei symulacje CFD opisane w Journal of Physics wskazują, że zaledwie drobna erozja (Rz 1 mm) wystarczy, by współczynnik mocy Cp (power coefficient) spadł o 3-6 proc.⁴.

Niekiedy wystarczy jedno pominięte uszkodzenie na krawędzi natarcia, aby cały układ pracował z obniżoną wydajnością.

Jak przebiega naprawa?

Naprawa krawędzi natarcia to proces wymagający zarówno wiedzy z zakresu inżynierii materiałowej, jak i dużej precyzji zespołu serwisowego. Każdy etap prac ma wpływ na finalną aerodynamikę łopaty, dlatego procedura jest ściśle kontrolowana i realizowana krok po kroku:

1. Ocena uszkodzenia
   Technicy dostępu linowego wykonują dokładny pomiar, dokumentację i klasyfikację defektu. Na podstawie tej analizy dobierana jest odpowiednia technika naprawy oraz zakres szlifowania.
2. Przygotowanie powierzchni
   Wyznaczany jest obszar naprawy, a powierzchnia zostaje odpowiednio zeszlifowana i oczyszczona. Celem jest uzyskanie idealnie przygotowanej bazy pod odbudowę laminatu i późniejszą powłokę.
3. Odbudowa i wykończenie
   Struktura laminatu jest odtwarzana warstwowo przy użyciu właściwych mat szklanych, żywic i klejów konstrukcyjnych. Następnie odtwarzany jest oryginalny profil aerodynamiczny łopaty oraz jej powłoka ochronna – zgodnie z zaleceniami producenta.

Podczas wszystkich prac z użyciem materiałów chemicznych technicy na bieżąco kontrolują kluczowe parametry, takie jak:

REKLAMA

• wilgotność i temperaturę,
• twardość i połysk,
• adhezję i profil powierzchni,
• zgodność geometrii z modelem łopaty.

Wzmocnienie naprawy: systemy LEP

Choć naprawa przywraca geometrię i integralność krawędzi natarcia, to o jej długotrwałej skuteczności decyduje odpowiednie zabezpieczenie powierzchni. W tym celu stosuje się systemy LEP (ang. Leading Edge Protection) – w formie samoprzylepnych folii lub powłok płynnych, które po utwardzeniu tworzą warstwę odporną na działanie deszczu, piasku czy cząstek pyłu. Rozwiązania dostępne na rynku, takie jak produkty 3M™, PolyTech, Armour Edge, Teknos czy Naviga, różnią się konstrukcją i parametrami, ale wszystkie mają na celu ograniczenie tempa erozji i ustabilizowanie warunków pracy łopaty.

W przypadku łopat po gwarancji wybór odpowiedniego systemu LEP wymaga oceny ich stanu, lokalnych warunków środowiskowych oraz obciążeń eksploatacyjnych. Doświadczenie zespołów serwisowych, takich jak na przykład windhunter service, pozwala dobrać rozwiązanie, które najlepiej odpowiada specyfice danej turbiny. To końcowy element procesu, który domyka naprawę i pozwala utrzymać parametry aerodynamiczne łopaty na możliwie najwyższym poziomie w kolejnych latach pracy.

Wojciech Nowak
blade project coordinator

windhunter service

¹C. Bak, A. M. Forsting, N. N. Sørensen, The influence of leading edge roughness, rotor control and wind climate on the loss in energy production, „Journal of Physics: Conference Series”, t. 1618, 052050 (2020), DOI: 10.1088/1742-6596/1618/5/052050.