Экспериментальная установка "Vestas" показала умеренный прирост мощности

«Vestas» производит демонтаж своей экспериментальной многороторной установки после 2,5-годичных испытаний и подтверждения качества работы, в ходе которых датской компанией было отмечено множество технических преимуществ такой установки, в том числе прирост в мощности в объёме 1,5 %.

В начале 2016 г. на опытном полигоне, расположенном недалеко от г. Роскилле (восток Дании), в рамках научно-исследовательского и опытно-конструкторского проекта была воздвигнута громоздкая постройка мощностью 900 кВт.

Она была оснащена четырьмя приспособленными для данной цели ветрогенераторами модели V29-225kW, с управлением шагом и диаметром ротора 29 м.

По словам ведущего инженера «Vestas» Эрика Миранды (Erik Miranda), в компании хотели протестировать технологии правил обмера и измерения нагрузок.

«За последние несколько десятилетий ветрогенераторы подросли в масштабах, что привело к снижению стоимости электроэнергии», – заключил г-н Миранда.

«Но мы хотели понять, есть ли куда ещё двигаться в направлении [увеличения] размера турбин, за исключением просто увеличения размеров лопастей».

Идея многороторной установки не нова, но учитывая размер деталей привычного однороторного генератора, а также накладываемые таковыми сложности транспортировки, настало время вновь обратиться к варианту использования нескольких роторов, как заявляет г-н Миранда.

«Нам представляется, что затруднения, связанные с эксплуатацией, всё растут и растут, и поэтому мы решили, что пора оживить старую идею.

В любом случае попробовать стоило.

Одним из основных неразрешённых вопросов с технической стороны оставалась возможность воспроизведения условия рабочей нагрузки таких турбин, поскольку их концепция разительно отличается от привычных образцов.

Кроме того, мы не знали, будет ли иметь место взаимодействие между лопастями, некое аэродинамическое воздействие, влияющее на кривую мощности, шум от установки и, собственно, нагрузку на неё».

Бо Свольдгаард (Bo Svoldgaard), первый заместитель директора по внедрению инноваций, также указывает: «Многороторные ветрогенераторы – это один из шагов компании на извечном пути новаторства и модернизации технологий ветроустановок.

Результаты исследований внушают надежду и являются доказательством того, что размышляя инновационными категориями, нестандартно, можно бросить вызов царящим в отрасли представлениям о том, что ветротурбины должны увеличиваться в размерах, чтобы уменьшить нормированную стоимость энергии».

Результаты проведённых исследований планируется обнародовать в полном объёме летом 2019 г. в научном журнале «Wind Energy Science»; черновая версия будет доступна для ознакомления уже в начале января.

Предварительные результаты исследований включают в себя зафиксированную на 900-киловаттной ветроустановке величину прироста мощности.

«Обоюдное воздействие роторов многороторной турбины, состоящей из четырёх обычных, привело к приросту мощности в объёме 1,5 % (годовое производство энергии)».

Г-н Миранда поясняет: «1,5 % – это по сравнению с отдельно вращающимся ротором, на который не воздействуют соседние турбины».

Небольшой рост показателя выработки энергии – это результат того, что многороторная конструкция обладает улучшенной характеристикой кривой мощности к номинально отдаваемой мощности.

Это означает, что такая турбина может достичь показателей максимально допустимой номинальной производительности быстрее стандартной модели.

«Если принять во внимание значение кривой мощности в точке, когда она выравнивается, то во всех значениях, находящихся ниже номинально показателя отдаваемой мощности, когда не соблюдается условие номинальной производительности, можно будет увидеть улучшение ситуации».

В остальных случаях г-н Миранда с группой экспертов отметили пренебрежимо малое увеличение нагрузки на 12 лопастях, но с учётом срока эксплуатации используемых деталей конструкции оно было сочтено незначительными.

Шум, производимый турбиной, также был не выше такового от однороторной установки.

Любопытным является тот факт, что четырёхроторный вариант установки обладает свойством более быстрого выравнивания вихревого следа позади ветрогенератора, что в реальной ситуации означает возможность установки турбин на более близком расстоянии друг относительно друга без негативного воздействия.

Считается, что это является результатом наложения периметров роторов, которое по площади равняется двум периметрам однороторной турбины при той же ометаемой площади.

Помимо накопления знаний от использования непосредственно четырёхроторной установки, в «Vestas» также наработали опыт для собственных контрольно-измерительных процедур.

«Можно сказать, что одним из изысканий по итогам двухлетней работы стало понимание того, что к планированию измерения результатов нужно подходить очень внимательно.

Это огромный механизм с множеством датчиков. Мы совершенно точно определили, что необходимо выделить время, чтобы найти способ установки датчиков на турбину и понять, как именно мы будем их настраивать.

Мы осуществляли перекалибровку датчиков несколько раз под разные настройки, пока окончательно не удостоверились в результатах. Мы многому научились в плане такой настройки, а также как вообще работать с несколькими роторами».

В настоящий момент производится разборка прототипной установки.

Турбины складируют, и, возможно, вновь установят на однороторные установки, в то время как металлические детали, такие как гибкие стрелы, провода и алюминиевые детали будут подвергнуты переработке, как заявил производитель.

«Это был увлекательный процесс. Нам многое удалось узнать в отношении нерешённых технических вопросов, а также оценки правильности работы многороторной установки», – заявил г-н Миранда.

Когда в отрасли в очередной раз появится многороторная турбина, тем не менее, остаётся неясным. Г-н Миранда теперь обратится к новым исследовательским проектам, а механизм с длинными стрелами займёт своё место на страницах истории.

Но проведённая работа расчистила дорогу новым моделям, которые могут поспорить с привычным представлением о том, как должен выглядеть ветрогенератор.

«Потребуется ряд обсуждений, имеет ли эта прототипная установка право на жизнь в принципе, поскольку мы были сосредоточены на решении неопределённостей с технической стороны, и эти проблемы мы решили.

Можно подытожить, что наши модели находятся в рабочем состоянии, и при создании многороторной установки никаких серьёзных технических вопросов не возникло.

Но если всё-таки ей будет дан «зелёный свет», то перед непосредственным развитием идеи придётся учесть множество деталей промышленного значения», – заключил г-н Миранда.