Размеры ветрогенераторов тормозят развитие ВИЭ
Штат Калифорния, г. Окленд, США – международное сертификационное и классификационное общество «DNV GL» опубликовало проведённый по заказу Национальной лаборатории Лоуренса Беркли при Министерстве энергетики США всесторонний анализ, в котором затрагиваются проблемы, связанные с производством и размещением наземных ветрогенераторов нового поколения, всё продолжающих увеличиваться по своим геометрическим параметрам. За последнее десятилетие ветроэнергетическая отрасль в США достигла значительных успехов в части производства электроэнергии и энергоэффективности, чем она в некоторой степени обязана выросшим в размерах ветрякам, их лопастям и башням. В то же время отрасль скоро исчерпает логистические возможности и достигнет некого предела на расходы, поскольку компоненты ветрогенераторов становятся слишком большими для существующих инфраструктуры и транспорта.
По состоянию на сегодняшний день длина самых больших лопастей, установленных на ветрогенераторах на территории США, составляет 67 м, в то же время в Европе установлены ветряки с лопастями длиной до 88,4 м, что сопоставимо по длине с футбольным полем; в скором времени ожидается появление лопастей длиной до 115 м. По мере увеличения размеров компонентов ветроустановок накладываемые ими материально-технические ограничения могут либо уменьшить количество пригодных для застройки участков с доступом к инфраструктуре, либо увеличить расходы, что может сделать некоторые потенциальные участки для ветропарков экономически неконкурентоспособными. В ходе поиска новых решений для логистических задач, связанных с постоянным увеличением компонентов в размерах, ветроэнергетика может найти «ключи» к достижению оптимального показателя нормированной стоимости [ветровой] энергии (LCOE) для каждого региона США.
Инновационные направления для ценных возможностей для НИОКР
В «DNV GL» исследовали три инновационных направления, применение НИОКР в которых даст наибольшие результаты:
- Инновационная транспортировка: для снятия физических ограничений и решения связанных с ними задач можно прибегнуть к новейшим методам транспортировки лопастей с заводов до ветроэнергетических проектов автомобильным, железнодорожным или воздушным транспортом.
- Сегментированные лопасти: использование сегментированных или блочных (модульных) лопастей может обеспечить более экономически целесообразные условия транспортировки, но при их использовании необходимо учитывать возможные изменения в конструкции лопасти, процессах её изготовления и сборки на месте.
- Производство на месте: размещение на территории площадки проекта временного предприятия по производству лопастей, которое велось бы со стадии первоначальных материалов и до выдачи готового продукта, в значительной степени устранит проблемы транспортировки, связанные с лопастями больших размеров.
«Работниками «DNV GL» определён ряд мероприятий НИОКР, которые могут «вдохнуть жизнь» в разработку лопастей сверхкрупных размеров. Рекомендации по применению этих методов заложены в программу финансируемого Министерством энергетики США проекта «Большой самонастраиваемый ротор» (англ. Big Adaptive Rotor). Его целями являются оценка и установка очередности применения технологий, необходимых для разработки оснащённой лопастями длиной 100 метров наземной ветроустановки мощностью 5 МВт по конкурентоспособной цене», – заявил Райан Уайзер (Ryan Wiser), старший научный сотрудник Национальной лаборатории имени Лоуренса Беркли.
Ускорение НИОКР
Ускорение проведения НИОКР с целью сделать использование лопастей сверхкрупных размеров целесообразным и практически осуществимым требует налаживания взаимодействия между исследователями в США, производителями ветрогенераторов, производителями лопастей и транспортно-логистическими компаниями. Лопасти – это элемент, работающий в наиболее неблагоприятных условиях, и именно по ним определяются техническая и экономическая эффективность ветроустановок. Логистические проблемы, налагаемые лопастями особо крупных размеров, только добавляют сложности в и без того непростой процесс их разработки, и над решением этой задачи представителям отрасли и научным работникам придётся работать совместно.
«Чтобы добиться постоянного прогресса в обеспечении во всех регионах США конкурентоспособной стоимости энергии, полученной с использованием ветра, в ветроэнергетике должны форсировать применение НИОКР в области инновационных подходов к проектированию, производству и транспортировке лопастей», – считает Ричард Барнс (Richard S. Barnes), исполнительный вице-президент «DNV GL» по энергетике в Северной Америке. «Хорошая новость заключается в том, что уже в скором времени для проведения НИОКР и поиска подходящих решений должна появиться «благодатная почва».
Наиболее важными сферами для НИОКР могут стать:
- Дальнейший прогресс в области материалов с показателями высокой жёсткости и при этом низкой стоимости, таких как промышленные углеродные волокна и термопластичные материалы.
- Усовершенствованные средства управления и обнаружения (датчики), которые целесообразно применять для мониторинга или допущения изгиба лопастей при транспортировке, а также для мониторинга или управления нагрузками на блочные лопасти, что позволило бы прийти к уменьшению их массы.
- Уменьшение размера хорды лопасти обеспечило бы работу ветрогенератора при более высоких показателях окружной скорости конца лопасти и улучшило её потенциал транспортируемости, но в то же время проблемы, связанные с аэроакустикой и эрозией передней кромки, нуждаются в дальнейшем изучении.
- Применение передовых способов аэроупругого моделирования динамической устойчивости и эластичности может обеспечить возможность разработки лопастей меньшей ширины, допускающих регулируемое отклонение при транспортировке.
Обозначенные в этом исследовании варианты развития НИОКР предоставляют такие возможности, которые, при условии их воплощения в жизнь, могли бы значительно поспособствовать широкомасштабному внедрению ветрогенераторов увеличенных габаритов во всех регионах США.
Более подробная информация по отчёту расположена по ссылке: «Варианты развития НИОКР в отношении лопастей сверхкрупных ветроустановок».