Срок службы лопастей ветрогенераторов

План переработки лопастей ВЭУ, который избавит от них полигоны для отходов

Утилизация гигантских ветроэнергетических установок – задача не из лёгких. Их лопасти сконструированы таким образом, чтобы выдерживать экстремальные погодные условия, от палящей жары в пустыне до ураганных ветров, а это означает, что их «жизненный путь» почти всегда заканчивается на свалке. По данным исследовательской компании Bloomberg New Energy Finance, как минимум до 2022 г. в одной только Европе ежегодно будет выводиться из эксплуатации примерно 3800 лопастей ВЭУ, поскольку наиболее старые ветроустановки достигли «пенсионного возраста».

Но решение удалось найти начинающей компании родом из Дании: они предлагают измельчить эти лопасти, превратив сверхстойкую смесь стекловолокна и промышленного клея в ограждения, предназначенные для подавления шума от автомагистралей и работающих заводов. Путём применения механизмов того же типа, которые используются на автомобильных свалках, фирма из Копенгагена Miljoskarm может измельчать лопасти на мелкие кусочки размером от 1 до 2 сантиметров. Затем материал укладывают в корпуса также из переработанного пластика, которые блокируют шум на том же уровне, что и аналогичные преграды из алюминия и минеральной ваты, но при этом требуют меньших затрат на техобслуживание.

«Большинство людей при упоминании проблем, вызываемых ветрогенераторами, первым делом называют производимый ими шум», – поделился Якоб Нильсен (Jakob Nielsen), генеральный директор и основатель Miljoskarm. «Поэтому мне очень понравилась мысль превратить их в нечто, что как раз подавляло бы шум. Всё это очень удачно вписывается в концепцию безотходной экономики (экономика с многооборотным использованием продукции)».

Впервые вопрос о том, что же делать с лопастями выводимых из эксплуатации ветроустановок, встал в последние пять лет, когда срок эксплуатации первых ВЭУ, проработавших более двух десятилетий, подходил к концу. Потребность в лучшем решении, чем просто захоранивать их на свалках, неуклонно возрастала, поскольку вместе с ростом числа ВЭУ росло и число используемых на них лопастей. Это и навело компании, представляющие зарождающуюся отрасль, на поиски новых решений по их переработке.

В США компания Global Fiberglass Solutions разработала метод измельчения лопастей до состояния дроби, использующейся в напольных и настенных покрытиях. В Нидерландах работникам архитектурного бюро Superuse Studios удалось измельчить пять списанных лопастей ВЭУ и использовать их детали для создания горок на детской площадке в г. Роттердам. Между тем, компания Miljoskarm рассчитывает переработать в этом году от 50 до 100 тонн материала. Учитывая, что из одной 50-метровой лопасти получается около 15 тонн, это эквивалентно переработке от 3 до 6 единиц.

Величина вредных выбросов при эксплуатации ВЭУ

Около 80 % выбросов углекислого газа в атмосферу за весь срок службы ВЭУ приходится на сырьевые материалы и компоненты.

• Лопасти – 20 %
• Башня – 25 %
• Фундамент – 13 %
• Гондола – 13 %
• Редуктор и вторичный вал – 10 %
• Ступица (хаб) – 5 %
• Ремонт и замена оборудования – 5 %
• Кабельная линия на площадке – 8 %
• Вывод из эксплуатации – 1 %
• Монтаж – 1 %
• Охлаждающая система на верхней крышке корпуса гондолы – 1 %
• Трансформатор на площадке – 1 %

Источник: Vestas, Bloomberg Intelligence. Расчёты основаны на модели ВЭУ «V150-4.2 MW». Диаграмма показывает в процентном соотношении величину вклада конкретного компонента ветроэлектростанции в потенциал глобального потепления.

В настоящее время компания обращается к инвесторам с просьбой о финансировании в размере 1-2 млн. евро (от 1,1 до 2,3 млн. долл. США) для расширения производственных мощностей за счёт ввода в эксплуатацию дополнительных установок. По словам г-на Нильсена, его компания также работает над новыми продуктами, которые, возможно, позволят ей выйти на другие рынки.

«Пластиковым и стеклянным волокнам присущи определённые свойства, препятствующие их разрушению», – заявил он. «Но используя их в шумопоглощающих ограждениях, мы обращаем этот побочный эффект, мешающий их переработке, в весьма полезное качество, которое позволяет им служить долгие годы».

Г-н Нильсен считает, что продукция его компании становится всё более востребованной, так как спрос на подобные противошумовые панели только растёт. Среди потенциальных покупателей – коммунальные учреждения, потому что именно они несут ответственность за установку надёжных барьеров, защищающих населённые пункты, расположенные на обочине крупных магистралей и автодорог. Компания Miljoskarm также поставила панели шумового ограждения ряду промышленных предприятий и частных заказчикам по цене от 100 евро за квадратный метр.

В Европе число людей, подверженных шумовому загрязнению, возрастет к 2030 г., поскольку, согласно прогнозу Европейского агентства по защите окружающей среды ( European Environment Agency) , использование автомобильного, железнодорожного и воздушного транспорта будет только возрастать. С ним будет расти и уровень шума, даже если, как говорится в исследовании, в течение следующего десятилетия половина автомобилей с двигателем внутреннего сгорания будет заменена электромобилями.

«У нас образуется столько тысяч тонн выброшенных лопастей ветрогенераторов и стекловолокна, что с этим нужно что-то делать», – считает г-н Нильсен. «Просто захоронить всё это на полигонах для отходов – это явно не путь прогресса».

Источник

Альтернативная энергия Альтернативная энергетика, возобновляемые источники энергии, энергетические ресурсы планеты.

Ветрогенераторы в вопросах и ответах

1. Какой уровень шума вызывают ВЭС?
Ветряные энергетические установки вызывают две разновидности шума:
* Механический шум, который является результатом работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старых моделей);
* Аэродинамический шум, вызванный взаимодействием ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки.
Сегодня при определении уровня шума ветроустановок пользуются только расчетными методами. Метод непосредственных измерений уровня шума не дает информации о громкости ветроустановки, поскольку нет эффективных методов отделения шума ветроустановки от шума ветра.
В непосредственной близости от ветрогенератора у оси ветроколеса уровень громкости достаточно большой ветроустановки может превышать 100 дБ.
Примером подобных конструктивных просчетов является ветрогенератор Гровиан. Из-за высокого уровня шума установка проработала около 100 часов и была демонтирована.
Законы, принятые в Великобритании, Германии, Нидерландах и Дании, ограничивают уровень шума работающей ветряной энергетической установки до 45 дБ в дневное время и до 35 дБ ночью. Минимальное расстояние от установки до жилых домов — 300 м.

2. Правда ли, что ветряки уничтожают птиц?
Такое мнение обусловлено случаем, который произошел на ветряной комплексе Altamont Pass Wind Resource Area (Калифорния), который построили именно на маршруте миграции птиц. Кроме того, в 4800 небольших ветряков, установленных в США еще в начале 1980-х годов, роторы расположены низко и близко друг к другу, что тоже может быть причиной ежегодной гибели более 1000 птиц.
Более современные ветроэлектростанции являются причиной гибели меньшего количества пернатых, вероятно потому, что их генераторы расположены выше и дальше друг от друга. Согласно данным последних исследований, птицы чаще гибнут при столкновении с автомобилями и зданиями, чем под лезвиями ветрогенераторов.

3. Что нужно знать при выборе ВЭС?
Главный параметр, который Вам необходимо знать для выбора ветроэлектростанции — сколько электрической энергии вам необходимо в день/месяц.

4. По каким параметрам/критериям можно сравнить ветрогенераторы, выпускаемые различными производителями?
* Отношение – мощность/цена;
* Коэффициент эффективного использования ветра (КЕВВ).
* Количество произведенной энергии ВЭС при различных скоростях ветра;
* Срок эксплуатации;
* Сервис и гарантия.

5. Какое количество аккумуляторов необходимо, и какой мощности?
Мощность и количество аккумуляторных батарей зависит от мощности ВЭС и ваших потребностей. Другими словами, этот вопрос поможет решить компания-специалист при проектировании.

6. Что происходит с ветрогенератором при штормовом ветре?
При скорости ветра более 20-25 м / с ветроколесо останавливается с помощью системы автоматического перевода лопастей во флюгерное положение. Таким образом, нагрузка на ветроколеса снижается. Это наиболее безопасный вариант защиты ВЭУ. Другие варианты уменьшения скорости вращения, связанные с созданием противодействия за счет торможения генератором, являются потенциально опасными как для ВЭУ, так и для жизни.

7. Существуют ли правила установки ВЭС?
* Турбулентность. Ветротурбина должна располагаться на 10 метров выше, чем высший объект в радиусе 100 метров (включая ЛЭП);
* По возможности, ВЭС должны располагаться на открытых участках (берегах рек, морей, озер);
* Орография местности. Следует учитывать, что в природных ущельях, каньонах поток воздуха имеет свойства сжиматься, в результате чего увеличивается скорость воздушного течения.

8. Какое дополнительное оборудование необходимо для работы ВЭС?
* Инвертор — важное звено системы, преобразует напряжение в 220 или 380 вольт пригодные для электроприборов;
* Аккумуляторы — объекты, в которых накапливается электроэнергия;
* Средство управления (контроллер) — прибор, позволяющий управлять ВЭС;

9. Какие требования к месту установки дополнительного оборудования для ВЭС?
Для установки инвертора, контроллера и аккумуляторных батарей особых требований нет, но помещение должно вентилироваться и температура воздуха должна всегда быть плюсовой.

10. Почему в схожих по мощностям ВЭС скорость вращения ротора отличается в разы?
Старые модели маломощных ВЭС используют генераторы с мультипликатором, который повышает скорость вращения ротора до требуемого значения, чтобы в дальнейшем происходило генерирование электромагнитного поля (а затем и самого тока). В более новых моделях используются генераторы на постоянных магнитах, для эффективной работы им достаточно 200-500 оборотов в минуту.

11. Необходимо ли частным лицам получать разрешение на установку ВЭС?
Ситуация для Украине: согласно пункту 5 Постановления Кабинета Министров Украины от 15.07.98 № 1094 «О государственной экспертизе по энергосбережению» и дополнение № 3 «Инструкции о порядке передачи документации и осуществления государственной экспертизы по энергосбережению» ветроэнергетические установки энергоемкостью до 75 кВт не подлежат обязательной государственной комиссии по энергосбережению. Импортные ветроэнергетические установки также не подлежат сертификации. Но следует помнить, что в каждой стране существуют свои законы.

12. Влияет ли работа ветрогенераторов на работе ТВ и радиоприемников?
Нет

13. Безопасно ли жить рядом с работающим ветрогенератором?
Да, малые ветряные установки (до 100 кВт) абсолютно безопасны для жизни.

14. Какой расчетный срок службы ВЭУ?
В зависимости от условий эксплуатации срок службы ВЭУ составляет от 15 до 25 лет.

15. Как определить среднегодовую скорость ветра в том месте, где будет установлен ветряк?
Для получения таких данных необходимо проводить исследования в течение года.

16. Какова стоимость монтажа ветряной установки?
Стоимость монтажа зависит от многих факторов и составляет 10-20% от суммарной стоимости.

17. Как должна быть расположена ось ветроколеса: горизонтально или вертикально? Какое оптимальное количество лопастей должен иметь ветрогенератор?
Существует множество вариантов конструкции ветровых установок, но на сегодня 95% всех выпущенных в мире ветрогенераторов — трехлопастные с горизонтальной осью.

18. Можно комбинировать ветрогенераторы с другими источниками энергоснабжения?
Ветрогенераторы могут быть связаны с солнечными батареями, а также с дизельным, бензиновым или газовым генераторами.

Источник

Новый поворот: пропасть или взлёт? Теперь срок службы ветряков производства GE – 40 лет

В мае текущего года производитель ветрогенераторов GE Renewable Energy и сертификационная организация TÜV Nord представили сертификацию проекта одной из моделей наземной ветроустановки данного производителя сроком на 40 лет и планируют распространить её и на другие продукты. Но станет ли такой срок более привычным для отрасли? В WindpowerMonthly решили взвесить все «за» и «против».

Сертификат сроком на 40 лет выдан на ветроустановки GE модели «2.7-116», но компания намеревается получить аналогичный документ на тот же срок и для другой модели – «2.7-127».

Заявив об «очередном прорыве в испытаниях и сертификации ветроустановок», компания GE представила на выставке Американской ассоциации ветроэнергетики 2019 (англ.: AWEA Windpower 2019), прошедшей в г. Хьюстон (штат Техас, США), заключение о соответствии проекта по результатам проведённой оценки (англ.: design evaluation conformity statement, сокр.: DECS), выданное сроком на 40 лет, для собственного ветрогенератора модели «2.7-116» в соответствии со стандартом МЭК 61400-22:2010 (“Установки ветроэнергетические. Часть 22. Оценочные испытания и сертификация”, англ.: IEC 61400-22).

Разумеется, разработке ещё только предстоит доказать свои достоинства на рынке, но её успех может означать слом представлений о сроке эксплуатации ветроустановок.

«Мы полагаем, что нашим клиентам немаловажно [увеличение срока эксплуатации], поскольку это поможет снизить нормированную стоимость электроэнергии и риски для ветроэлектростанций в целом, а ведь и то, и другое является наиболее актуальной задачей по мере роста и развития отрасли», – заявила генеральный управляющий по глобальному развитию продуктов GE в сфере наземной ветроэнергетики Шери Хикок (Sheri Hickok) на выставке в Хьюстоне.

В ABO Wind, компании-разработчике проектов из ФРГ, отнеслись к подобному подходу в вопросе сертификации с энтузиазмом, поскольку, по словам представителя компании, более длительный срок службы «улучшает экономические характеристики» ветроэнергетических проектов.

«ВЭУ, рассчитанная на 40 лет, в теории может произвести вдвое больше электроэнергии, чем ВЭУ, работающая 20 лет, а аренду участка под проект можно было бы согласовать на более длительный период, чтобы избежать необходимости пересматривать её условия в дальнейшем.

«Кроме того, инвесторам придётся платить бόльшие деньги при покупке такого проекта, ведь более длительный период эксплуатации принесёт и более высокую прибыль», – добавила представитель компании.

Максимизация проектов

Увеличение сроков эксплуатации ВЭУ может стать привлекательным фактором для фирм-разработчиков по всему миру, перед которыми встаёт дилемма, подобная той, с которой уже столкнулись немецкие компании-операторы, энергетические проекты которых уже приближаются к концу своего 20-летнего периода финансовой поддержки и обеспечения процесса проектирования.

Подобным старым проектам часто отказывают в модернизации с заменой основного оборудования из-за новых правил ландшафтного планирования. В результате операторы заинтересованы в эксплуатации оригинальных ветроустановок в течение как можно большего периода времени, с тем чтобы максимально продлить срок службы проекта в целом.

«Сертификация ветрогенератора на более длительный срок отсрочила бы необходимость проведения независимой экспертизы на любой период сверх проектного срока службы. Такая экспертиза обходится в сумму от 10 000 до 20 000 евро и может оказать существенное влияние на те рынки, где экономические характеристики проекта находятся в жёстких рамках, например, в Германии», – заявил руководитель отдела разработки и продажи продукции в отделе сертификации проектов возобновляемых источников энергии в DNV GL Андреас Камлайтнер (Andreas Kamleitner).

Терра инкогнита

Продление срока службы наземных ВЭУ до 40 лет, что вдвое превышает нынешний стандарт, – это весьма серьёзный шаг. Существует довольно малое число ветряков мощностью более 2 МВт, проработавших в течение 20 лет, а практика эксплуатации от 30 лет и выше – отсутствует как таковая.

40-летний срок эксплуатации поставит ветроустановки в один ряд с угольными и газовыми электростанциями.

Но возросшая продолжительность эксплуатации дополнительно потребует и обновления подхода к текущей деятельности, более частых проверок, изменения подходов к ремонтно-профилактическим работам и почти наверняка необходимости замены компонентов, хотя до полной замены гондолы и лопастей на опоре и фундамента дело не дойдёт.

Сертификация

По словам Майка Вёббекинга (Mike Wöbbeking), исполнительного вице-президента по проектам возобновляемых источников энергии в TÜV Nord, по сравнению с привычными для отрасли заключениями о соответствии проекта по результатам проведённой оценки, выдаваемыми сроком на 20 лет, выпуск одного заключения, покрывающего 40 лет службы ветрогенератора, также будет более дорогостоящим.

Как правило, «на выдачу одного заключения уходит от трёх до девяти месяцев, при этом привлекаются специалисты из самых разнообразных областей: управление изменениями нагрузки, электроника, машиностроение, технология строительного производства для фундаментов и башен, а также охрана труда. «Ценник» оказывается шестизначным», – заявил он.

Объём работ по заключению и, следовательно, его стоимость также зависит от габаритов промышленной установки. Для установки мощностью 2,7 МВт она будет менее внушительной, чем, скажем, для морского ветряка мощностью 12 МВт, но процесс может занять больше времени при исследовании компонентов, производимых разными компаниями, а не одной.

«Производителю ветроустановок, имеющим целью получение сертификата сроком на 40 лет, придётся положить на одну чашу весов дополнительные затраты, которые будут включать в себя разработку и производство компонентов с увеличившимся сроком службы силами поставщиков этих компонентов, и, возможно, потребующуюся дополнительную замену редуктора, генератора и лопастей в течение срока эксплуатации, а на другую – выигрыш, заключающийся в более низкой стоимости энергии, «распределённой» на весь увеличившийся срок службы ветряка», – заявил г-н Вёббекинг.

Как складываются тенденции

Несмотря на все эти требования, ситуация может измениться как раз в направлении увеличения периода эксплуатации, хоть и не до планки, установленной GE.

«Срок службы ветроустановок определяется требованиями наших клиентов. Серия «EP3» рассчитана как минимум на 25 лет», – заявил представитель Enercon, немецкого производителя ВЭУ.

Тем не менее, радикальное увеличение срока эксплуатации ветряков может оказаться «палкой о двух концах».

«Если рассматривать чисто техническую сторону вопроса, срок эксплуатации может составлять хоть 40, хоть даже 50 лет, но, как и в автомобильной промышленности, производители оборудования хотят использовать новые технологии собственного производства и далее продавать установки», – отметил г-н Камлайтнер из DNV GL.

«Инвесторы побоятся подходить к расчёту [возврата инвестиций] на срок от 40 до 50 лет, так как многое за это время может измениться – динамику цен на электроэнергию трудно предсказать и на более короткие периоды, не говоря уже о 20–30 годах. Кроме того, по истечении 20 лет расходы на эксплуатацию и содержание объектов имеют тенденцию только к росту», – заявил г-н Камлайтнер.

«40-летний срок эксплуатации – это вдвое выше текущего стандарта. Изменения на рынке трудно предугадать на такую продолжительную перспективу, а внедрение усовершенствованных разработок будет замедлено ввиду того, что менее производительное оборудование будет продолжать работу вместо того, чтобы его заменили на передовые модели», – добавил представитель Enercon.

В то же время, как указал г-н Камлайтнер, если перевернуть представления о сроках эксплуатации ветроустановок «с ног на голову», «выдача сертификатов сроком на 40 лет будет свидетельствовать о более надёжных характеристиках установки, которую в течение более короткого периода времени можно будет использовать на пределе её проектных ограничений с целью обеспечения более высокой производительности и извлечения большей финансовой прибыли в сжатые сроки».

Источник