На неотдавнашната конференция за технологии за офшорна вятърна енергия в Китай, основна реч произнесе генералният мениджър на продуктовата линия за офшорни турбини. Той подчерта, че настоящите проблеми с офшорните вятърни турбини в Китай се крият в лопатките и основните лагери. Предвид голямото търсене на офшорни вятърни турбини, е изключително важно производителите да се съсредоточат върху предоставянето на решения, които гарантират възвръщаемост на инвестициите въз основа на наличните вериги за доставки, като по този начин подкрепят устойчивото развитие на офшорната вятърна енергия в Китай.

Пътят на развитие на лопатките на вятърните турбини

Беше разгледана еволюцията на лопатките на вятърните турбини в Европа и Китай. Между 1991 и 2015 г. Китай следваше по отношение на мощността на турбините и размера на лопатките. Въпреки това, до 2017 г. Китай разработи вятърна турбина с диаметър от 171 метра, надминавайки европейските 164 метра. До 2019 г. както Европа, така и САЩ въведоха още по-големи турбини с диаметър от 220 метра. Този паритет в размера на турбините показва, че Китай и Европа вече са на сходно ниво в разработването на офшорни вятърни турбини.

Предизвикателства и иновации във вятърната енергия

Според известно световно научно списание, с увеличаването на размера на офшорните вятърни турбини, секторът на вятърната енергия е изправен пред значителни предизвикателства в областта на аеродинамиката, структурната динамика и хидродинамиката. Изследванията в тези фундаментални научни области не са в крак с нарастващите диаметри на турбините. За разлика от авиационната индустрия, която не е виждала размах на крилата на самолети да надвишава 80 метра дори след век, индустрията за вятърна енергия, за по-малко от четири десетилетия, е достигнала диаметър на турбините от 200 метра.

Беше подчертано значението на постепенния напредък в инженерните и технологични постижения. Увеличаването на дължината на лопатките изисква пробиви в материалите и производствените технологии. Разчитането единствено на съществуващите технологии за увеличаване на размера на лопатките е недостатъчно, за да се подпомогне по-нататъшното развитие на офшорната вятърна енергия.

Необходимостта от материали за воал от въглеродни влакна

За да поддържа по-дълги офшорни лопатки, индустрията трябва да се впусне в неизвестната територия на материалите от въглеродни влакнести воали. Този преход отразява ситуацията отпреди десетилетие, когато Китай трябваше да лицензира дизайни на лопатки от европейски компании, като основните материали и оборудване бяха доставяни от немски или японски компании. Големите инвестиции в калъпи, дългите срокове и незрелите технологични процеси допълнително усложняват разработването, правейки ефективността на обработка на извънгабаритните лопатки значително по-ниска от тази на масовите лопатки - 3-4 пъти. Това представлява основна пречка за осигуряване на жизнеспособността на проекта при настоящите сценарии за мащабни офшорни вятърни инсталации в Китай. Въглеродните влакнести воали са от съществено значение за следващото поколение вятърни турбини, като отговарят както на необходимостта от здравина, така и от леки свойства.

Предизвикателства във веригата за доставки на основни лагери

Основният лагер е друго пречка, произтичаща от предизвикателства при проектирането, проблеми с веригата за доставки и сложност при монтажа. По-конкретно, веригата за доставки на основни лагери на големи офшорни турбини е изправена пред три ключови предизвикателства:

1. Диаметърът на основния лагерен пръстен често надвишава 2 метра, което надхвърля капацитета на повечето налични машинни инструменти.

2. Има само два основни доставчика, които изискват резервации на капацитет поне година предварително.

3. В момента местните доставчици нямат възможности за проектиране и обработка на такива големи лагери.

   
   

Решения и иновации в технологията на лагерите

Въвеждането на технологията с двоен SRB за конфигурации на основните лагери осигурява поддръжка за турбини с мощност 5-6 MW с диаметър до 1,5 метра. Това решение, подкрепено от стабилна глобална верига за доставки, позволява участието на местни доставчици в проектирането и производството. За разлика от това, технологиите, изискващи по-големи диаметри, като например двоен TRB и DRTRB, са изправени пред значителни предизвикателства по отношение на капацитета и ефективността.

Оптимизиране на производителността на офшорни вятърни турбини

Въпреки предизвикателствата, компанията остава уверена в предоставянето на решения за офшорна вятърна енергия, които носят положителна възвръщаемост на инвестициите. Създадена е подробна карта на изравнената цена на енергията (LCOE) за офшорните вятърни паркове в Китай, която насочва дефинирането на турбините и помага на разработчиците да идентифицират печеливши проекти. Фокусът не е върху капацитета на турбините, а върху LCOE, като производството на електроенергия е най-критичният фактор.

Регионални адаптации и анализ на чувствителността на LCOE

Различните региони изискват различни комбинации от мощност на турбините и диаметър на ротора, за да се оптимизира LCOE (Low Equipment Consumer Equipment - обикновена електрическа енергия). Компанията проведе анализи на чувствителността на LCOE за райони със силен вятър като Фудзиен, райони със слаб вятър като Гуанси и райони със средно слаб вятър като Джъдзян. Резултатите показват, че турбините с мощност 6-8 MW са оптимални за сценарии със силен вятър, докато турбините с мощност 4-6 MW са най-добри за сценарии със слаб до средно слаб вятър. По-ниските скорости на вятъра изискват по-големи диаметри на ротора и обратно. Използването на въглероден воал (Carbon Fiber Veil) в тези турбини е от решаващо значение за постигане на желаната производителност и ефективност.

Справяне със загубите от вълнообразни следи в офшорни вятърни паркове

Китайските офшорни вятърни паркове са изправени пред по-големи загуби от следи от европейските си аналози поради по-гъстото разположение, по-ниските скорости на вятъра и по-стабилната атмосфера. Оценка на близо 1,5 GW капацитет на офшорни турбини разкри, че първоначалните оценки за загубите от следи са били с около 2% твърде ниски. Усилията за намаляване на загубите от следи чрез технология за групов контрол на следите доведоха до увеличение на производството на електроенергия с 3-4%. С по-гъстото разполагане на офшорните вятърни паркове, стойността на технологията за групов контрол на следите става все по-значима. Внедряването на въглероден воал в дизайна на лопатките не само подобрява производителността, но и смекчава въздействието на загубите от следи.