Вдвое больше мощности: инженеры рассказали, как можно улучшить ветряные турбины

Издание DW выяснило у специалистов, как в перспективе можно улучшить ветряные турбины.

Они прошли долгий путь развития с тех пор, как в 1880-х годах в Шотландии построили первый опытный образец высотой 10 метров. Только за последние 20 лет они выросли со стандартной высоты в 100 метров до более чем 245 метров. Некоторые модели способны генерировать 18 МВт или даже больше электроэнергии в морских районах, где много ветра, по сравнению с всего лишь 2 мегаваттами в 2000 году.

Новые башни и лопасти

Причина этого скачка роста проста: повышение эффективности благодаря более высоким башням или более длинным лопастям. Скорость ветра сильнее и стабильнее на больших высотах, что означает большее производство электроэнергии.

Большая площадь лопастей позволяет улавливать больше ветра. Например, удвоение радиуса лопасти может увеличить генерацию в четыре раза, согласно одному расчету. А более крупные лопасти, в свою очередь, легче приводятся в движение низкоскоростными ветрами, что делает такие турбины потенциально экономически интересными для производителей.

Турбины для слабого ветра стоят примерно на 35%-45% дороже, чем обычные модели, из-за дополнительных материалов и специально изготовленных деталей. Но исследователи из Технического университета Дании подсчитали, что они могут значительно расширить географический охват ветроэнергетики, сделав ее полезной в регионах, которые до сих пор считались неподходящими.

Профессор политики климата и энергетики Мари Мюнстер говорит, что новые конструкции также могут увеличить мощность и позволить использовать ветрогенераторы в ранее неблагоприятных погодных условиях. Когда производится много энергии ветра, то цены на электроэнергию падают, а доходы владельца ветряной турбины снижаются. Но используя ветряные турбины, которые могут работать при более низкой скорости ветра, когда цены на электроэнергию потенциально выше, производители могут увеличить генерацию и прибыль от продажи энергии.

Сейчас более крупные конструкции лопастей все еще находятся на стадии разработки, и ни один из крупных производителей ветряных турбин не захотел комментировать, будут ли они представлены в ближайшее время.

Улучшенные редукторы

Инженеры пытаются усовершенствовать и другие компоненты турбин, такие как редукторы. Они расположенны в гондоле на вершине башни и могут весить до 40 тонн. Редкуторі направляют вращательную силу, создаваемую ветром, в генератор, который преобразует кинетическую энергию в электричество.

Чем выше турбины, тем мощнее редукторы им требуются, но пространство в гондоле ограничено. Конструкторы разрабатывают более мощные и компактные модели, чтобы уменьшить площадь основания турбины и вес, который ей нужно выдерживать.

Торстен Фингерле, руководитель отдела технического управления продукцией немецкого производителя редукторов Winergy, рассказал, что им удалось удвоить мощность своих редукторов без увеличения размера за счет замены шарикоподшипников, которые снижают трение вращения, сверхтонким слоем смазки. По прогнозу эксперта, в ближайшие годы мощность морских ветровых турбин достигнет 30 мегаватт — это почти вдвое больше, чем у современных.

Однако из-за больших размеров возникают много проблем. Перевозить огромные компоненты сложно, особенно по мостам и городским улицам, где ширина ограничена. Например, лопасти ротора могут быть длиной как футбольное поле — более 100 метров.

Потенциально решить проблему логистики можно, делая лопасти из меньших соединяемых частей, но и тут не все так просто. Эксперт по лопастям ротора в немецком Институте ветроэнергетических систем имени Фраунгофера Энно Петерсен объяснил, что когда сегменты лопастей скреплены болтами, создается комковатая масса, которая может создать риск изгиба, а также повлиять на выработку энергии. Вместо болтов можно использовать клей, но с его помощью сложно достаточно прочно соединить детали в полевых условиях.

Дополнительные затраты на сборку этих сегментированных лопастей, скорее всего, сведут на нет любую экономию. Согласно одному из расчетов, стоимость строительства увеличится на 20%, а транспортные расходы сократятся всего на 5%. Из-за этого производители лопастей, такие как LM Wind Power в Дании, пока не рассматривают сегментирование.