211service.com
Jakten på monstervindturbinbladet
Blade Dynamics, ett sex år gammalt företag som delvis ägs av amerikanska Superconductor, en vindturbindesigner och leverantör av vindkraftselektronik, säger att de har utvecklat teknologi som kommer att möjliggöra världens största vindkraftverksblad. Det har demonstrerat tekniken genom att tillverka 49-meters blad, och nu har Energy Technologies Institute, ett partnerskap mellan den brittiska regeringen och stora företag som BP, Shell och Caterpillar, gett företaget nästan 25 miljoner dollar för att bygga 100-meters blad. De skulle kunna möjliggöra 250 meter höga vindkraftverk som skulle torna upp sig över Washington-monumentet, som bara är 169 meter högt. De största vindturbinbladen är nu 75 meter långa (se A Mighty Wind Turbine ).
Stort blad: Formerna för de 80 meter långa turbinbladen som Vestas utvecklar sträcker sig ut i fjärran.
Insatsen är inte bara ett rekordstort spektakel. Att hitta prisvärda sätt att tillverka de enorma vindturbinbladen är en av de största utmaningarna för att göra havsvind konkurrenskraftig med fossila bränslen, och ledande vindkraftsföretag, inklusive GE och Vestas, utvecklar teknik för att lösa problemet.
Några av de bästa vindarna för att generera kraft finns offshore, där vinden kan vara stadigare, snabbare och mindre turbulent än på land. Vindkraftverk utgör bara cirka en tredjedel av kostnaden för vindkraftsparker till havs – installationskostnaderna är den största kostnaden, eftersom de involverar enorma, specialiserade fartyg och är föremål för förseningar på grund av dåligt väder. Att använda större vindturbiner minskar antalet vindkraftverk som behövs, vilket minskar installations- och underhållskostnaderna (se Bygga större, bättre vindkraftverk och Det stora tyska energiexperimentet).
Ett problem med att bygga mycket stora vindkraftverk är att kostnaden för att tillverka bladen skjuter i höjden. När vindkraftverken blir större ökar belastningen på bladen, och därmed deras vikt, exponentiellt. Det konventionella sättet att tillverka blad involverar former som är lika långa som själva bladen. Blanketter och annan utrustning som behövs för att göra dem blir så stora och specialiserade att det finns få leverantörer, vilket ökar priserna på tillverkningsutrustning. Att se till att bladen formas korrekt blir också svårare och svårare när bladen blir längre.
Vissa stora vindkraftstillverkare håller fast vid de stora formerna, men antar kolförstärkta glasfiberblad och nya bladdesigner för att kompensera en del av tillverkningskostnadsökningen. De räknar också med besparingar i installation och andra kostnader för att göra affärsmålet för större vindkraftverk. Siemens använder till exempel stora former för sina 75-metersblad, liksom Vestas, som utvecklar 80-metersvingar för ett vindkraftverk som kommer att finnas tillgängligt nästa år.
Medan tillverkare som Vestas använder kolförstärkta blad, tillverkar Blade Dynamics blad helt av kolfiber. Företaget har utvecklat egna sätt att tillverka 12 till 20 meter långa sektioner av kolfiberblad och sedan skarva ihop dem sömlöst – vilket eliminerar behovet av stora former. Några tidigare försök med modulära blad involverade att skruva ihop bladsektioner, men detta skapade stresspunkter i bladen som gör dem för svaga.
Kolfiber är dyrare än glasfiber, så för en given längd blir bladen dyrare. Men David Cripps, senior teknisk chef på Blade Dynamics, säger att användningen av kolfiber kan förbättra vindkraftverkens totala ekonomi på flera sätt. Genom att göra bladet i mindre sektioner är det möjligt att göra mer exakta aerodynamiska strukturer, vilket förbättrar prestandan, säger han. Dessutom, eftersom bladen väger mycket mindre än glasfiberblad, är det möjligt att sätta längre blad på befintliga vindkraftskonstruktioner. Till exempel väger företagets 49-metersblad inte mer än ett konventionellt 45-metersblad som specificeras av en vindturbins ursprungliga design. Längre blad samlar mer vind, vilket gör att turbinerna kan generera mer kraft vid lägre vindhastigheter, vilket ökar intäkterna.
De lättare bladen gör det också möjligt att designa nya vindturbiner som har lättare och billigare komponenter, såsom drivaxel, torn och fundament. Istället för en 24-tons rotor kan du ha en 15-tons rotor. Det är avsevärd vikt att spara på änden av ett långt fribärande torn, säger Cripps.
Utvecklingssatsningen är en del av American Superconductors strategi att lansera 10 megawatts vindkraftverk (vindkraftsparker till havs använder vanligtvis 3,6 megawatts turbiner eller, mer sällan, sex megawatt). Det minskar vindkraftsgeneratorns vikt med hjälp av supraledarmaterial, och utvecklar en 10 megawatts turbin som den säger kommer att väga ungefär lika mycket som fem megawatt, för att hålla nere installationskostnaderna.