Członkowie Interdyscyplinarnego Koła Naukowego FutureLab3Dmasters – działającego przy wsparciu FutureLab PK i skupiającego studentów różnych wydziałów Politechniki Krakowskiej – opracowali prototypowe rozwiązania do naprawy trudno dostępnych elementów siłowni wiatrowych. Prace sfinansowała Fundacja ORLEN im. Ignacego Łukasiewicza w pierwszej edycji programu grantowego TURBOgrant (2025/2026).
Wyzwanie: naprawy na wysokości
Łopaty i inne elementy turbin wiatrowych pracują w wyjątkowo trudnych warunkach. Są narażone na pęknięcia, wgniecenia, ubytki materiału i delaminację – wskutek gradu, uderzeń piorunów, kolizji z ptakami, erozji oraz zmęczenia materiału przy zmiennych obciążeniach eksploatacyjnych. Naprawa wymaga dziś zwykle pracy serwisantów na dużej wysokości albo demontażu łopaty i jej transportu do warsztatu, co przy skali współczesnych siłowni wiatrowych jest kosztowne i czasochłonne.
Celem projektu było opracowanie kompozytów fotoutwardzalnych, które – w połączeniu z dronami transportowymi, aplikacją natryskową i utwardzaniem światłem UV – pozwolą szybko i skutecznie naprawiać takie uszkodzenia, również na znacznych wysokościach i w miejscach trudno dostępnych dla człowieka.
Nowe kompozyty i prototyp systemu natrysku
W pierwszym etapie prac zespół opracował skład żywicy naprawczej przeznaczonej dla elementów turbin w trudno dostępnych lokalizacjach. Spośród serii przygotowanych formulacji wybrano materiał najbardziej obiecujący: fotoutwardzalną żywicę na bazie monomerów i oligomerów akrylanowych oraz uretanoakrylanowych, wzmocnioną włóknem węglowym (2% wag.) o długości 20 mm lub – korzystniejszej przy aplikacji natryskowej – 0,2 mm. Kompozyt utwardzano wysokowydajną lampą UV emitującą promieniowanie o długości fali 365 nm. Badania spektroskopowe i aplikacyjne wykazały wysoką adhezję żywicy do naprawianych powierzchni oraz efektywne utwardzanie w korzystnym zakresie widmowym.
Równolegle studenci opracowali prototypowy system natrysku i fotoutwardzania, przystosowany do współpracy z dronami transportowymi. Takie rozwiązanie może w przyszłości umożliwić prowadzenie napraw m.in. łopat turbin wiatrowych na dużych wysokościach, ograniczając konieczność wykonywania części prac bezpośrednio przez człowieka w miejscach trudno dostępnych.
Testy w tunelu aerodynamicznym
Ważnym etapem projektu było sprawdzenie opracowanych rozwiązań w warunkach zbliżonych do rzeczywistych. Uszkodzone elementy turbiny pokryto bezpośrednio żywicą fotoutwardzalną z włóknem węglowym, a następnie naświetlono promieniowaniem UV, aby zapewnić pełne utwardzenie materiału naprawczego. Naprawione komponenty poddano badaniom odporności na oddziaływanie wiatru w tunelach aerodynamicznych Laboratorium Aerodynamiki Środowiskowej Politechniki Krakowskiej.
Kluczowy wniosek z badań aplikacyjnych: opracowane materiały nadają się do bezpośredniej aplikacji w trudno dostępnych miejscach. Naprawę można więc wykonać in situ – na wysokości, na zainstalowanej turbinie – bez demontażu łopaty i transportu do warsztatu, co przy skali siłowni wiatrowych i trudnym dostępie do ich elementów stanowi istotną korzyść praktyczną i ekonomiczną.
Interdyscyplinarnie
Projekt połączył inżynierię materiałową, fotochemię, konstrukcję urządzeń naprawczych, technologie dronowe oraz aerodynamikę – pokazując, jak interdyscyplinarna współpraca studentów może prowadzić do powstawania nowych rozwiązań dla energetyki odnawialnej.
Zespół projektu: Dawid Kiesiewicz, Mateusz Rociński, Szymon Żydowski, Sebastian Kotowicz, Aleksandra Watycha (Wydział Inżynierii Lądowej PK, Laboratorium Inżynierii Wiatrowej) oraz Małgorzata Noworyta (Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej PK); opiekun naukowy koła: dr inż. Maciej Pilch (Laboratorium Inżynierii Wiatrowej, Wydział Inżynierii Lądowej PK).
Badania przeprowadzono w ramach projektu TURBOgrant pt. „Innowacyjne systemy naprawcze siłowni wiatrowych, wykorzystujące nowe kompozyty fotoutwardzalne zintegrowane z systemami natrysku i utwardzania światłem UV, kompatybilne z dronami transportowymi”, finansowanego przez Fundację ORLEN im. Ignacego Łukasiewicza.
