充气叶片,飞艇可以跨越运输障碍

行业专家告诉新能源更新,充气和可调叶片概念、顺风转子甚至先进的飞艇运输都可以降低风力安装成本。lovejet爱博体育

随着不断增长的涡轮机尺寸测试现有运输基础设施和物流的限制,开发人员正在开发新的叶片和降低风险的设计。

大型风力涡轮机允许开发商获得更大的风力资源或优化适度的风力条件。通用电气、维斯塔斯、西门子 Gamesa 和 Nordex 都发射了容量超过 5 兆瓦的涡轮机,相当于美国平均装机容量的两倍。

美国平均装机容量,尺寸

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资料来源: 能源部 2018 风能技术市场报告,国家可再生能源实验室 (NREL)。

分段叶片有望在更大的涡轮机部署中发挥关键作用,减少运输约束并释放新的开发地点。

通用电气最新的 5mw 涡轮叶片由综合叶片77.4 米长,可在 65 米和 12.4米部分运输。

通用电气叶片技术领导者 Shridhar Nath 表示: “优势在于它降低了运输和物流成本,这使得我们能够以更低的成本转移更大的部件。”。

Nath 说,分段刀片还创造了模块化构建的优势,例如优化现场条件的特定叶尖选择。

“我可以定制我的农场.最大化 AEP [年能源产量]” 他说。

更先进的叶片结构可以进一步改变涡轮机的发展,提供更大的物流、安装和运营效率。

美国研究人员目前正在评估五种可供选择的叶片设计,这些设计可以允许转子直径为 206 米的 5mw 陆基涡轮机,比通用电气的最新型号长约 50 米。

根据能源部的大自适应转子 (BAR) 项目,国家可再生能源实验室 (NREL) 的科学家桑迪亚国家实验室正在使用计算分析为详细的设计研究筛选多达三个设计。

该团队将使用 NREL 涡轮设计模型来优化叶片的航空结构设计,并评估载荷、屈曲和应力,尼克 · 约翰逊, NREL 的一名研究工程师和 BAR 项目的首席研究员告诉新能源更新。lovejet爱博体育

约翰逊说: “最终,我们将使用 LCOE [能源均衡成本] 作为衡量标准,并将寻求将其最小化。”。

新维度

在 BAR 项目下评估的叶片概念包括一个带有表面的中空设计,该表面在现场充气以实现其完整的空气动力学轮廓。

约翰逊说,研究人员希望这种设计能在保持可靠性的同时减轻交通障碍。

“皮肤可以是任何柔性材料,但可能是某种类型的织物,” 他说。

另一种设计采用四五个比传统设计更薄更轻的叶片,以减少负载并提高运输效率。

其他创新的运输解决方案可以包括在通过卡车或铁路运输时叶片的受控弯曲,以减轻桥梁高度限制、蜿蜒的道路或山区地形, 咨询公司 DNV GL 在劳伦斯伯克利国家实验室最近委托的一份报告中说。

报告称,根据行业反馈,在铁路运输过程中,叶片的有限和受控弯曲可以使 95 米和 115 米叶片的铁路移动成为可能。它指出,初步概念已经发展,但没有经过彻底测试,设计和安全标准目前不允许弯曲以实现运输。

美国风力项目按地区分布

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资料来源: 伍德麦肯齐电力和可再生能源,2019年1月

DNV GL 说,或者,甚至可以通过重型货运飞艇使用航空运输。

报告称,设计得当的 “比 [航空 LTA 轻” 运输机可以提供高有效载荷能力,避免地面基础设施挑战,灵活的着陆选择,并降低运营成本。

性能提升

更长的涡轮叶片也会增加在强风中向塔台倾斜的风险。酒吧团队正在评估的一种设计将叶片放置在塔的另一侧,而另一种设计则采用主动空气动力学控制 -- 很像飞机机翼 -- 来减少极端载荷和疲劳。

“这些设备甚至更重要,” 约翰逊说。“我们的研究表明,非常大的叶片 (超过 100 米) 的桨距率非常慢,并且有源空气动力学装置可以减轻一些极端载荷, 在过去,它们主要应用于疲劳载荷。”

涡轮控制和分析约翰逊指出,这也将有助于提高效率。

分析允许运营商实施预测性和预防性维护策略,减少停机时间。

未来的涡轮机将包含更大的自动化。自我诊断涡轮机和实时输出最大化可能很快会在通用电气公司的模型上出现,丹佛贝恩,通用电气可再生能源公司的向岸风服务战略领导者,lovebet体育网址告诉风运营达拉斯 2019 会议4月。

材料收益

新的更轻、更灵活的材料也可以提高涡轮机的效率。

研究人员正在评估源自航空航天应用并针对风力涡轮机进行优化的低成本碳纤维。

约翰逊说,桑迪亚和橡树岭国家实验室目前正在评估这些材料的可重复性和稳健性。

“其中一些工作与 BAR 重叠,因为我们将使用单独研究的材料特性来优化碳纤维晶石帽的设计,” 他说。

BAR 团队计划发布一系列更新的分析工具来帮助刀片开发。

约翰逊说,这些工具将允许开发人员执行 “叶片设计的多保真优化”。特点将包括更高的保真度的空气动力学建模和更精确的分析高度灵活的叶片和顺风叶片设计。

他说: “在那之后,将发布一系列关于新风力涡轮机叶片技术的途径及其对未来部署的技术经济影响的出版物,包括电网集成的好处。”。

作者: 保罗 · 戴