Turbiny wiatrowe jeszcze wydajniejsze?
Technologie wykorzystywane w rezonansie magnetycznym mogą podnieść wydajność turbin wiatrowych.{więcej}
Wraz z rosnącym zainteresowaniem branży energetyki wiatrowej większymi turbinami wiatrowymi, GE Global Reserch coraz intensywniej pracuje nad stworzeniem turbin o mocy niemal dwukrotnie wyższej niż obecnie eksploatowanych. Nowe turbiny będą wynikiem połączenia niemal 30-letnich doświadczeń zdobytych podczas badań nad magnesami nadprzewodnikowymi dla urządzeń obrazowania medycznego z technologiami ekologicznymi. Dzięki tej synergii megawaty czystej, ekologicznej energii staną się tańsze dla amerykańskich odbiorców.
– Największym wyzwaniem będzie dostarczenie rozwiązań, które osiągną odpowiednią skalę, a zarazem zapewnią odpowiedni poziom kosztów. Nasze ponad 30-letnie doświadczenia w dziedzinie magnesów nadprzewodnikowych stosowanych w medycznych systemach obrazowania metodą rezonansu magnetycznego pozwoliły nam opracować nowatorską i zupełnie nową technologię generatorów energii o zwiększonej mocy, które pomogą w ograniczaniu kosztów pozyskiwania energii wiatrowej – powiedział Keith Longtin, Wind Technology Leader, GE Global Research
W systemach obrazowania metodą rezonansu magnetycznego stosowane są magnesy nadprzewodnikowe, dzięki którym można budować urządzenia tańsze, a zarazem zapewniające wyższą jakość obrazu. W przypadku turbin wiatrowych GE chce zastosować tę samą technologię do wytwarzania większej energii z siły wiatru oraz do obniżenia kosztów energii elektrycznej. Dziedzina zastosowania jest zupełnie inna, lecz technologia pozostaje w zasadzie ta sama.
Właśnie dlatego koncepcja wykorzystania technologii magnesów z urządzeń MRI produkowanych przez GE do budowy turbin wiatrowych nowej generacji jest tak nowatorska.
Projekt stara się odpowiedzieć na kluczowe wyzwanie sektora energetyki wiatrowej: jak zwiększyć wydajność turbiny wiatrowej bez zwiększania wymagań utrzymaniowych i bez stosowania pierwiastków ziem rzadkich?
Odpowiedź na to pytanie wymagało ponownego przemyślenia koncepcji generatora energii elektrycznej, który przekształca energię wirujących łopat wiatraka w elektryczność. W większości turbin wiatrowych generatory współpracują z przekładniami, które – podobnie jak w przypadku przekładni rowerowej – umożliwiają dostosowanie parametrów pracy turbiny do siły wiatru w celu wytworzenia odpowiedniego momentu obrotowego.
Rozwiązanie to sprawdza się dobrze w turbinach o mocy do 2,5 megawata (MW), jednak w momencie, gdy moc turbin wzrasta do zakresu 10-15 MW, przekładnie muszą być coraz cięższe i zaczynają wymagać coraz większych nakładów utrzymaniowych. Te dwa czynniki sprawiają, że produkcja energii w urządzeniach tego typu staje się droższa. Rozwiązanie GE polega na zastosowaniu materiałów nadprzewodnikowych podobnych do tych, które stosowane są w systemach obrazowania medycznego metodą rezonansu magnetycznego, co pozwala całkowicie wyeliminować przekładnię i poprawić wydajność generatora.
Podejście to zmniejsza wymagania związane z ilością ciężkich elementów metalowych, które należy zastosować w generatorze, jak również zapotrzebowanie na elementy z pierwiastków ziem rzadkich niezbędne do budowy magnesów nadprzewodnikowych. Maszyny te wykorzystują technologie chłodzenia kriogenicznego, pozwalające na obniżenie temperatur do poziomu zera bezwzględnego.
– Wyzwania związane z zastosowaniem technologii w turbinach wiatrowych przeznaczonych do instalacji na morzu, wiele kilometrów od linii brzegowej, są naprawdę poważne – komentował Ruben Fair, technolog GE, który od 17 lat zajmuje się systemami magnesów nadprzewodnikowych i instalacjami kriogenicznymi. – Ponieważ urządzenia pracujące na morskich farmach wiatrowych są dostępne tak naprawdę raz w roku, o ile pozwala na to pogoda, to urządzenia tego typu muszą cechować się niezwykle wysoką niezawodnością – dodał Fair.
Pierwsza faza inwestycji obejmuje opracowanie oraz ocenę projektu. W drugiej fazie ocenie poddane zostaną jego aspekty komercyjne.
Turbiny generujące więcej energii elektrycznej pozwolą na lepsze wykorzystanie farm wiatrowych oraz na ograniczenie kosztów energii. Stanowią one również doskonały przykład tego, w jaki sposób innowacje z dziedzin tak odległych od siebie, jak medycyna i energetyka wiatrowa, mogą przyczynić się do opracowywania nowych rozwiązań.
Oprócz projektu turbin wiatrowych nowej generacji badacze GE opracowują obecnie także inne kluczowe technologie, które umożliwią zwiększenie skali pozyskiwania energii wiatrowej bez konieczności ponoszenia znacznie wyższych kosztów. Najważniejsze projekty, nad którymi obecnie pracują eksperci GE, obejmują m.in.:
– stosowanie lżejszych i bardziej zaawansowanych materiałów kompozytowych umożliwiających budowanie dłuższych łopat turbin, które lepiej wykorzystają energię wiatru bez zwiększania ciężaru wiatraków (co zwiększyłoby koszt pozyskiwania energii);
– dostarczanie bardziej zaawansowanych układów sterowania, czujników i algorytmów monitorujących warunki pracy turbin, umożliwiających znaczne zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych; oraz
– rozwijanie szerokiej gamy technologii integracyjnych dla sieci, które umożliwią bezproblemowe podłączanie elektrowni wiatrowych o większych mocach do sieci energetycznych; technologie te skoncentrowane są na zapewnianiu zgodności turbin wiatrowych z instrukcjami ruchowo-eksploatacyjnymi sieci oraz na zapewnianiu nowych, łatwo współpracujących z sieciami funkcji, które pomogą zakładom energetycznym pewniej zarządzać dużymi mocami pozyskiwanymi ze źródeł wiatrowych.
