Удвічі більше потужності: інженери розповіли, як можна поліпшити вітряні турбіни

Видання DW з'ясувало у фахівців, як у перспективі можна поліпшити вітряні турбіни.

Вони пройшли довгий шлях розвитку відтоді, як у 1880-х роках у Шотландії побудували перший дослідний зразок заввишки 10 метрів. Тільки за останні 20 років вони виросли зі стандартної висоти в 100 метрів до більш ніж 245 метрів. Деякі моделі здатні генерувати 18 МВт або навіть більше електроенергії в морських районах, де багато вітру, порівняно з усього лише 2 мегаватами у 2000 році.

Нові вежі та лопаті

Причина цього стрибка зростання проста: підвищення ефективності завдяки вищим вежам або довшим лопатям. Швидкість вітру сильніша і стабільніша на великих висотах, що означає більше виробництво електроенергії.

Велика площа лопатей дає змогу вловлювати більше вітру. Наприклад, подвоєння радіуса лопаті може збільшити генерацію в чотири рази, згідно з одним розрахунком. А більші лопаті, своєю чергою, легше приводяться в рух низькошвидкісними вітрами, що робить такі турбіни потенційно економічно цікавими для виробників.

Турбіни для слабкого вітру коштують приблизно на 35%-45% дорожче, ніж звичайні моделі, через додаткові матеріали та спеціально виготовлені деталі. Але дослідники з Технічного університету Данії підрахували, що вони можуть значно розширити географічне охоплення вітроенергетики, зробивши її корисною в регіонах, які дотепер вважали невідповідними.

Професорка політики клімату та енергетики Марі Мюнстер каже, що нові конструкції також можуть збільшити потужність і дозволити використовувати вітрогенератори за раніше несприятливих погодних умов. Коли виробляється багато енергії вітру, то ціни на електроенергію падають, а доходи власника вітряної турбіни знижуються. Але використовуючи вітряні турбіни, які можуть працювати за нижчої швидкості вітру, коли ціни на електроенергію потенційно вищі, виробники можуть збільшити генерацію і прибуток від продажу енергії.

Наразі більші конструкції лопатей все ще перебувають на стадії розробки, і жоден з великих виробників вітряних турбін не захотів коментувати, чи будуть вони представлені найближчим часом.

Покращені редуктори

Інженери намагаються вдосконалити й інші компоненти турбін, такі як редуктори. Вони розташовані в гондолі на вершині вежі та можуть важити до 40 тонн. Редкуторі спрямовують обертальну силу, створювану вітром, у генератор, який перетворює кінетичну енергію на електрику.

Що вищі турбіни, то потужніші редуктори їм потрібні, але простір у гондолі обмежений. Конструктори розробляють потужніші та компактніші моделі, щоб зменшити площу основи турбіни та вагу, яку їй потрібно витримувати.

Торстен Фінгерле, керівник відділу технічного управління продукцією німецького виробника редукторів Winergy, розповів, що їм вдалося подвоїти потужність своїх редукторів без збільшення розміру за рахунок заміни шарикопідшипників, що знижують тертя обертання, надтонким шаром змащення. За прогнозом експерта, найближчими роками потужність морських вітрових турбін сягне 30 мегават — це майже вдвічі більше, ніж у сучасних.

Однак через великі розміри виникають багато проблем. Перевозити величезні компоненти складно, особливо мостами та міськими вулицями, де ширина обмежена. Наприклад, лопаті ротора можуть бути завдовжки як футбольне поле — понад 100 метрів.

Потенційно розв'язати проблему логістики можна, роблячи лопаті з менших частин, що з'єднуються, але й тут не все так просто. Експерт з лопатей ротора в німецькому Інституті вітроенергетичних систем імені Фраунгофера Енно Петерсен пояснив, що коли сегменти лопатей скріплені болтами, створюється грудкувата маса, яка може створити ризик вигину, а також вплинути на вироблення енергії. Замість болтів можна використовувати клей, але з його допомогою складно досить міцно з'єднати деталі в польових умовах.

Додаткові витрати на складання цих сегментованих лопатей, найімовірніше, зведуть нанівець будь-яку економію. Згідно з одним із розрахунків, вартість будівництва збільшиться на 20%, а транспортні витрати скоротяться лише на 5%. Через це виробники лопатей, такі як LM Wind Power в Данії, поки не розглядають сегментування.

Раніше писали, чому вітряні турбіни такі великі та чи можна зробити їх меншими. Інженерам постійно доводиться шукати компроміс між розмірами, продуктивністю та законодавством.