211service.com
Turbiny wiatrowe zrzucają biegi
Producenci turbin wiatrowych odchodzą od standardowych przekładni i generatorów w celu zwiększenia niezawodności i obniżenia kosztów energii wiatrowej.
Pierścień mocy: Ta trzymegawatowa turbina wiatrowa wykorzystuje magnesy trwałe i konstrukcję, która sprawia, że jest znacznie lżejsza niż konwencjonalna turbina z przekładnią.
Siemens rozpoczęła sprzedaż turbiny o mocy trzech megawatów, wykorzystującej tak zwany system napędu bezpośredniego, który zastępuje konwencjonalny szybki generator generatorem o niskiej prędkości, który eliminuje potrzebę stosowania skrzyni biegów. A w zeszłym miesiącu Ogólne elektryczne ogłosił zainwestowanie 340 milionów euro w zakłady produkcyjne w celu zbudowania własnych czteromegawatowych turbin z napędem bezpośrednim dla morskich farm wiatrowych.
Większość obserwatorów twierdzi, że przejście w branży na napęd bezpośredni jest odpowiedzią na szeroko nagłośnione awarie skrzyń biegów. Ale Henrik Stiesdal, dyrektor ds. technologii w elektrowni wiatrowej Siemensa, mówi, że problemy ze skrzynią biegów są przesadzone. Mówi, że Siemens stosuje napęd bezpośredni jako sposób na generowanie większej ilości energii przy niższych kosztach. Turbiny mogą być bardziej konkurencyjne dzięki napędowi bezpośredniemu, mówi Stiesdal.
Plany Siemensa opierają się na nowym projekcie, który zmniejsza wagę generatora systemu. W konwencjonalnych turbinach wiatrowych skrzynia biegów zwiększa kilkusetkrotnie prędkość wirnika napędzanego wiatrem, co radykalnie zmniejsza wielkość wymaganego generatora. Generatory z napędem bezpośrednim działają z taką samą prędkością, jak łopatki turbiny i dlatego muszą być znacznie większe – mają ponad cztery metry średnicy w przypadku trzymegawatowej turbiny Siemensa. Jednak Siemens twierdzi, że cała gondola turbiny waży zaledwie 73 tony metryczne – 12 ton mniej niż jej słabsze, napędzane przekładniami turbiny o mocy 2,3 megawata.
Znaczna część redukcji masy wynika z zastosowania magnesów trwałych w wirniku generatora – sztuczka, z której korzysta również GE. Konwencjonalne generatory turbinowe wykorzystują elektromagnesy – cewki miedziane zasilane energią elektryczną z samego generatora. Henk Polinder, ekspert w dziedzinie generatorów z magnesami trwałymi w Holland's Politechnika w Delft , mówi, że 15-milimetrowy segment magnesów trwałych może generować to samo pole magnetyczne, co 10--15-centymetrowy odcinek miedzianych cewek.
Stiesdal mówi, że Siemens jeszcze bardziej zmniejszył wagę, odwracając konstrukcję generatora. Zamiast stalowego wirnika pokrytego magnesami trwałymi wirującego wewnątrz nieruchomego stojana w kształcie pączka (konstrukcja, którą GE wykorzystuje w swojej czteromegawatowej turbinie z napędem bezpośrednim), wirnik Siemensa jest stalowym cylindrem z magnesami trwałymi wewnątrz, a ten wirnik się obraca wokół stojana podobnego do kolumny.
Siemens zbudował prototyp swojej maszyny w Brande w Danii w grudniu i planuje zainstalować 10 kolejnych w tym roku, głównie w Danii, przed rozpoczęciem masowej produkcji w 2011 roku. Technologia GE, którą nabyła wraz z zakupem norweskiego producenta turbin ScanWind w zeszłym roku , jest demonstrowany na poligonie doświadczalnym w Norwegii; komercjalizacja czteromegawatowej maszyny planowana jest na 2012 rok.
Nadchodzi większa konkurencja. Firma venture capital New Enterprise Associates wspiera boulderowy startup o nazwie Siła wiatru głazów , która opracowuje 1,5-megawatową turbinę z napędem bezpośrednim. Firma została założona w grudniu przez Sandy'ego Butterfielda, który był głównym inżynierem centrum technologii wiatrowej w amerykańskim National Renewable Energy Laboratory (NREL), gdzie prowadził poważne badanie procesu projektowania skrzyni biegów.
To, czy awarie skrzyń biegów są problemem w całej branży, pozostaje kwestią sporną. NREL rozpoczął swoje badanie w 2007 roku, kiedy doszło do kilku niepowodzeń: firma z siedzibą w USA, Siła wiatru maszynki do strzyżenia , doświadczył poważnych problemów ze skrzynią biegów w ciągu kilku miesięcy od zainstalowania pierwszej 2,5-megawatowej turbiny na farmie wiatrowej w Lackawanna w stanie Nowy Jork, podczas gdy skrzynie biegów w 30 turbinach Vestas Wind Systems tworzących morską farmę wiatrową Kentish Flats w Wielkiej Brytanii musiały zostać wymienione po zaledwie dwa lata działalności. NREL doszedł do wniosku, że większość przekładni turbin wiatrowych ulegnie awarii na długo przed ich 20-letnim okresem użytkowania.
Stiesdal mówi, że własne badania Siemensa pokazują, że skrzynie biegów są ogólnie dość niezawodne. Analiza maszyn Siemensa zainstalowanych w USA w latach 1983-1989 w 2008 r. wykazała, że zdecydowana większość nadal działała z oryginalnymi skrzyniami biegów. Oczekuje jednak zwiększonej niezawodności od systemu napędu bezpośredniego, który ma około połowę mniej części niż konwencjonalna turbina.
Systemy z napędem bezpośrednim wprowadzają jednak jeden potencjalny problem. Istnieją ciągłe obawy dotyczące przyszłych dostaw metali ziem rzadkich wykorzystywanych do produkcji magnesów trwałych. To poważny problem, mówi Stiesdal.