Στο πρόσφατο Συνέδριο Τεχνολογίας Μηχανικής Αιολικής Ενέργειας Υπεράκτιας Παραγωγής της Κίνας, ο γενικός διευθυντής της σειράς προϊόντων υπεράκτιας παραγωγής έδωσε κεντρική ομιλία. Τόνισε ότι τα τρέχοντα σημεία συμφόρησης στις υπεράκτιες ανεμογεννήτριες της Κίνας έγκεινται στα πτερύγια και τα κύρια ρουλεμάν. Δεδομένης της υψηλής ζήτησης για υπεράκτιες ανεμογεννήτριες, είναι ζωτικής σημασίας για τους κατασκευαστές να επικεντρωθούν στην παροχή λύσεων που διασφαλίζουν την απόδοση των επενδύσεων με βάση τις διαθέσιμες αλυσίδες εφοδιασμού, υποστηρίζοντας έτσι τη βιώσιμη ανάπτυξη της υπεράκτιας αιολικής ενέργειας στην Κίνα.

Πορεία Ανάπτυξης Πτερυγίων Ανεμογεννητριών

Εξετάστηκε η εξέλιξη των πτερυγίων ανεμογεννητριών στην Ευρώπη και την Κίνα. Μεταξύ 1991 και 2015, η Κίνα ακολουθούσε την ίδια πορεία όσον αφορά την ισχύ και το μέγεθος των πτερυγίων της ανεμογεννήτριας. Ωστόσο, μέχρι το 2017, η Κίνα είχε αναπτύξει μια ανεμογεννήτρια με διάμετρο 171 μέτρα, ξεπερνώντας τα 164 μέτρα της Ευρώπης. Μέχρι το 2019, τόσο η Ευρώπη όσο και οι ΗΠΑ εισήγαγαν ακόμη μεγαλύτερες ανεμογεννήτριες με διάμετρο 220 μέτρα. Αυτή η ισοτιμία στο μέγεθος της ανεμογεννήτριας σημαίνει ότι η Κίνα και η Ευρώπη βρίσκονται πλέον σε παρόμοιο επίπεδο στην ανάπτυξη υπεράκτιων ανεμογεννητριών.

Προκλήσεις και Καινοτομίες στην Αιολική Ενέργεια

Σύμφωνα με ένα φημισμένο παγκόσμιο επιστημονικό περιοδικό, καθώς οι υπεράκτιες ανεμογεννήτριες αυξάνονται σε μέγεθος, ο τομέας της αιολικής ενέργειας αντιμετωπίζει σημαντικές προκλήσεις στην αεροδυναμική, τη δομική δυναμική και την υδροδυναμική. Η έρευνα σε αυτούς τους θεμελιώδεις επιστημονικούς τομείς δεν έχει συμβαδίσει με την αυξανόμενη διάμετρο των ανεμογεννητριών. Σε αντίθεση με την αεροπορική βιομηχανία, η οποία δεν έχει δει το άνοιγμα των φτερών των αεροσκαφών να ξεπερνά τα 80 μέτρα ακόμη και μετά από έναν αιώνα, η βιομηχανία αιολικής ενέργειας, σε λιγότερο από τέσσερις δεκαετίες, έχει φτάσει σε διαμέτρους ανεμογεννητριών τα 200 μέτρα.

Τονίστηκε η σημασία της σταδιακής προόδου στη μηχανική και τις τεχνολογικές εξελίξεις. Η αύξηση του μήκους των πτερυγίων απαιτεί σημαντικές εξελίξεις στα υλικά και τις τεχνολογίες κατασκευής. Η αποκλειστική εξάρτηση από τις υπάρχουσες τεχνολογίες για την αύξηση του μεγέθους των πτερυγίων δεν επαρκεί για την υποστήριξη της περαιτέρω ανάπτυξης της υπεράκτιας αιολικής ενέργειας.

Η ανάγκη για υλικά πέπλου από ανθρακονήματα

Για να υποστηρίξει μακρύτερα υπεράκτια πτερύγια, η βιομηχανία πρέπει να επεκταθεί στην αχαρτογράφητη περιοχή των υλικών Carbon Fiber Veil. Αυτή η μετάβαση αντικατοπτρίζει την κατάσταση πριν από μια δεκαετία, όταν η Κίνα έπρεπε να αδειοδοτήσει σχέδια πτερυγίων από ευρωπαϊκές εταιρείες, με βασικά υλικά και εξοπλισμό να προέρχονται από γερμανικές ή ιαπωνικές εταιρείες. Οι μεγάλες επενδύσεις σε καλούπια, τα μεγάλα χρονοδιαγράμματα και οι ανώριμες τεχνολογίες επεξεργασίας περιπλέκουν περαιτέρω την ανάπτυξη, καθιστώντας την απόδοση επεξεργασίας των υπερμεγέθων πτερυγίων σημαντικά χαμηλότερη από αυτή των βασικών πτερυγίων κατά 3-4 φορές. Αυτό αποτελεί σημαντικό εμπόδιο στη διασφάλιση της βιωσιμότητας του έργου στο πλαίσιο των τρεχόντων σεναρίων μεγάλης κλίμακας υπεράκτιας εγκατάστασης αιολικής ενέργειας στην Κίνα. Το Carbon Fiber Veil είναι απαραίτητο για την επόμενη γενιά ανεμογεννητριών, καλύπτοντας τόσο την ανάγκη για αντοχή όσο και για ελαφριές ιδιότητες.

Προκλήσεις στην αλυσίδα εφοδιασμού κύριων ρουλεμάν

Το κύριο ρουλεμάν αποτελεί ένα ακόμη σημείο συμφόρησης, που προκύπτει από προκλήσεις σχεδιασμού, ζητήματα εφοδιαστικής αλυσίδας και πολυπλοκότητες εγκατάστασης. Συγκεκριμένα, η εφοδιαστική αλυσίδα για μεγάλα υπεράκτια κύρια ρουλεμάν ανεμογεννητριών αντιμετωπίζει τρεις βασικές προκλήσεις:

1. Η διάμετρος του κύριου δακτυλίου ρουλεμάν συχνά υπερβαίνει τα 2 μέτρα, ξεπερνώντας την χωρητικότητα των περισσότερων διαθέσιμων εργαλειομηχανών.

2. Υπάρχουν μόνο δύο κύριοι προμηθευτές, οι οποίοι απαιτούν κρατήσεις χωρητικότητας τουλάχιστον ένα χρόνο νωρίτερα.

3. Οι εγχώριοι προμηθευτές δεν διαθέτουν επί του παρόντος τις δυνατότητες σχεδιασμού και επεξεργασίας για τόσο μεγάλα ρουλεμάν.

   
   

Λύσεις και Καινοτομίες στην Τεχνολογία Ρουλεμάν

Η υιοθέτηση της τεχνολογίας διπλού SRB για τις διαμορφώσεις κύριων ρουλεμάν εξασφαλίζει υποστήριξη για ανεμογεννήτριες 5-6 MW με διάμετρο έως 1,5 μέτρο. Αυτή η λύση, υποστηριζόμενη από μια ισχυρή παγκόσμια αλυσίδα εφοδιασμού, επιτρέπει τη συμμετοχή των τοπικών προμηθευτών στο σχεδιασμό και την παραγωγή. Αντίθετα, οι τεχνολογίες που απαιτούν μεγαλύτερες διαμέτρους, όπως το διπλό TRB και το DRTRB, αντιμετωπίζουν σημαντικές προκλήσεις όσον αφορά τη χωρητικότητα και την αποδοτικότητα.

Βελτιστοποίηση της απόδοσης των υπεράκτιων ανεμογεννητριών

Παρά τις προκλήσεις, η εταιρεία παραμένει βέβαιη στην παροχή λύσεων υπεράκτιας αιολικής ενέργειας που αποφέρουν θετικές επενδυτικές αποδόσεις. Δημιουργήθηκε ένας ολοκληρωμένος χάρτης του σταθμισμένου κόστους ενέργειας (LCOE) για τα υπεράκτια αιολικά πάρκα της Κίνας, ο οποίος καθοδηγεί τον ορισμό των ανεμογεννητριών και βοηθά τους κατασκευαστές να εντοπίσουν κερδοφόρα έργα. Η έμφαση δεν δίνεται στην ισχύ των ανεμογεννητριών αλλά στο LCOE, με την παραγωγή ενέργειας να αποτελεί τον πιο κρίσιμο παράγοντα.

Περιφερειακές Προσαρμογές και Ανάλυση Ευαισθησίας LCOE

Διαφορετικές περιοχές απαιτούν ποικίλους συνδυασμούς ισχύος ανεμογεννητριών και διαμέτρου ρότορα για τη βελτιστοποίηση του σταθμισμένου κόστους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (LCOE). Η εταιρεία διεξήγαγε αναλύσεις ευαισθησίας LCOE για περιοχές με ισχυρούς ανέμους όπως η Φουτζιάν, περιοχές με χαμηλούς ανέμους όπως η Γκουανγκσί και περιοχές με μέσους-χαμηλούς ανέμους όπως η Τζετζιάνγκ. Τα ευρήματα δείχνουν ότι οι ανεμογεννήτριες 6-8 MW είναι βέλτιστες για σενάρια ισχυρών ανέμων, ενώ οι ανεμογεννήτριες 4-6 MW είναι οι καλύτερες για σενάρια χαμηλού έως μεσαίου-χαμηλού ανέμου. Οι χαμηλότερες ταχύτητες ανέμου απαιτούν μεγαλύτερες διαμέτρους ρότορα και αντίστροφα. Η χρήση πέπλου από ανθρακονήματα σε αυτές τις ανεμογεννήτριες είναι ζωτικής σημασίας για την επίτευξη της επιθυμητής απόδοσης και αποδοτικότητας.

Αντιμετώπιση των απωλειών από υπεράκτια αιολικά πάρκα

Τα υπεράκτια αιολικά πάρκα της Κίνας αντιμετωπίζουν μεγαλύτερες απώλειες από τα αντίστοιχα ευρωπαϊκά λόγω πυκνότερης διάταξης, χαμηλότερων ταχυτήτων ανέμου και πιο σταθερής ατμόσφαιρας. Μια αξιολόγηση σχεδόν 1,5 GW της χωρητικότητας των υπεράκτιων ανεμογεννητριών αποκάλυψε ότι οι αρχικές εκτιμήσεις για τις απώλειες από τα απόβλητα ήταν περίπου 2% χαμηλότερες. Οι προσπάθειες για τη μείωση των απωλειών από τα απόβλητα μέσω της τεχνολογίας ομαδικού ελέγχου απόβλητων έχουν οδηγήσει σε αύξηση 3-4% στην παραγωγή ενέργειας. Καθώς οι διατάξεις των υπεράκτιων αιολικών πάρκων γίνονται πυκνότερες, η αξία της τεχνολογίας ομαδικού ελέγχου απόβλητων αποκτά ολοένα και μεγαλύτερη σημασία. Η εφαρμογή του πέπλου από ανθρακονήματα στο σχεδιασμό των πτερυγίων όχι μόνο βελτιώνει την απόδοση αλλά και μετριάζει τον αντίκτυπο των απωλειών από τα απόβλητα.