Ветроэнергетика: размеры и пределы роста

Современная ветроэнергетика – энергетика больших мощностей и гигантских машин. Ветряные турбины становятся все больше и больше. Примерно так:

Если посмотреть на изменение парка материковых ветровых турбин во времени, например, в Германии, очевидно увеличение их среднего размера.

Всё растет. Увеличиваются как башни, которые у крупнейших машин сегодня достигают 140 метров, так и лопасти, достигающие в длину почти 90 м, и диаметры ротора, доходящие до почти 190 м.

На нынешний день крупнейшими серийными ветряками являются 8-мегаваттные машины от Vestas (MHI Vestas V164), Adwen (AD-180) и Siemens (SWT-8.0-154 8MW), используемые в морской (офшорной) ветроэнергетике, а также 7,5 МВт модель Enercon E-126 – крупнейший материковый ветрогенератор (на фото в начале статьи).

Это серийные модели, находящиеся в эксплуатации. В виде прототипов существуют еще более крупные агрегаты.

Есть ли предел роста размеров ветряных турбин? Чем он обусловлен?

Понятно, размеры ветроустановок увеличивают не из прихоти, а исходя из экономических соображений – в попытке снизить стоимость электроэнергии. Высокие башни обеспечивают доступ к ветровым ресурсам более высокого качества (как говорят спецы: «на высоте 100 метров всегда есть коммерческий ветер»). Увеличение диаметра ротора позволяет «захватить» этих ресурсов побольше, а также задействовать менее качественный ветровой потенциал. Увеличение размеров может приводить к снижению удельных (на единицу мощности) капитальных и операционных затрат, что прямо отражается на стоимости электроэнергии.

В то же время рост размеров ветряных турбин наталкивается на ограничения, связанные как с характеристиками используемых материалов, так и с транспортировкой и технологиями монтажных работ. Кроме того, существуют физические лимиты увеличения размеров, описываемые законом квадрата-куба: объем (соответственно, масса и стоимость) используемых материалов может расти быстрее, чем отдача от этого увеличения.

Транспортно-логистические и монтажные ограничения касаются главным образом материковой ветроэнергетики. Перевозка секций башен большого диаметра и длинных лопастей наземным транспортном – серьезный технологический вызов. Диаметр перевозимых труб/конусов башен ветряков ограничен сегодня 4,3 метра в редких случаях возможны перевозки диаметров 4,6 метра. Разумеется, транспортировка таких агрегатов на дальние расстояния крайне затруднена. Одним из используемых компромиссных решений является комбинированная башня сталь/железобетон, в которой нижние железобетонные секции самого большого диаметра изготавливаются на месте. Кроме того, необходимо учитывать, что транспортная и монтажная техника (например, большие краны) имеет свои пределы.

Рассмотренные в предыдущем абзаце ограничения в меньшей степени касаются морской ветроэнергетики, где используются производственные технологии/мощности судостроения, строительства на шельфе и морских грузоперевозок.

Проведенное в текущем году в США исследование, включающее в себя опрос 163-х ведущих отраслевых экспертов, показало: размеры ветроустановок будут расти и дальше. При этом, очевидно, потенциал роста у офшорных ветрогенераторов существенно превышает потенциал наземной ветроэнергетики.

Результаты исследования представлены на следующих графиках.

К 2030 средняя высота башни ветрогенератора в материковой ветроэнергетике приблизится к 120 метрам и в Европе, и в США, средний диаметр ротора будет находится в интервале 130-140 метров, а средняя установленная мощность на один генератор в Европе превысит 3,5 МВт.

В офшорной ветроэнергетике намечаемые изменения куда существенней. Средняя мощность ветрогенераторов на европейском рынке достигнет 11 МВт, при высоте башен более 220 метров. Распространение получат плавающие ветроэлектростанции. Некоторые эксперты прогнозируют, что к 2030 году максимальная мощность морских ветряков на фиксированном фундаменте может достичь 18 МВт

, то есть более чем в два раза превысить сегодняшние рекордные показатели.

В то же время очевидно, что ветроустановки не будут расти бесконечно. Вероятно, в скором времени мы узнаем оптимум, превышение которого будет затруднено с логистической, в первую очередь, точки зрения, и не будет оправдываться экономически.

Черная лопасть снизила смертность птиц от ветряков

Roel May et al. / Ecology and Evolution, 2020

Скандинавские ученые в течение десяти лет искали трупы птиц вокруг восьми ветрогенераторов и выяснили, что после окрашивания одной из лопастей в черный птицы стали на 70 процентов реже сталкиваться с ветряками. Исследователи отметили, что из-за небольшой выборки выводы нельзя обобщать, и в дальнейшем необходимо провести более масштабное исследование. Статья опубликована в журнале

Ecology and Evolution.

Один из главных аргументов противников ветроэнергетики — ущерб популяциям птиц, которые сталкиваются с лопастями турбин и погибают. Поэтому перед проектировщиками ветрогенераторов стоит задача не только максимально увеличить их мощность, но и снизить риски для окружающей среды.

Чтобы обезопасить птиц, турбины временно отключают на пути их миграции или перепахивают землю вокруг ветряных электростанций, но оба этих подхода ресурсозатратны. Необходимо искать более эффективные решения проблемы: одно из них — покраска лопастей турбин, так как птицы могут попросту не замечать быстро крутящиеся белые лопасти. В лабораторном эксперименте американский ученый уже показал, что пустельги лучше видят турбины, одна из лопастей которых окрашена в черный, однако эффективность этого подхода необходимо проверять в полевых условиях.

В 2013 году по одной лопасти четырех турбин ветряной электростанции в норвежском архипелаге Смёла покрасили в черный цвет. Ученые из Норвегии и Швеции под руководством Роэля Мэя (Roel May) из Норвежского института исследований природы семь лет до этого и три года после (с 2006 по 2016 год) регистрировали количество трупов птиц, которые находили в радиусе 100 метров вокруг окрашенных турбин и четырех соседних в качестве контроля. Поиски проводили с помощью собак, которые были натренированы искать мертвых птиц.

За десять лет наблюдений около восьми ветрогенераторов обнаружили 82 трупа птиц, чаще всего встречались тушки белых куропаток, орланов-белохвостов, бекасов, серых ворон и луговых коньков. 40 белых куропаток не включили в анализ, поскольку они чаще сталкиваются не с лопастями, а со столбами турбин.

После того, как лопасти четырех турбин покрасили, количество птиц, погибавших возле них ежегодно, снизилось на 72 процента (p = 0,023). Всего до окрашивания около этих генераторов обнаружили 11 трупов, а после — 6, тогда как на контрольных турбинах в первый период погибло 7 птиц, а во второй — 18.

Авторы работы отмечают, что они фиксировали смертность птиц лишь на восьми турбинах в одном месте, и обобщать полученные результаты следует с осторожностью. В дальнейшем необходимо провести масштабное исследование с большим количеством ветрогенераторов в разных географических точках. Однако снижение смертности, которое зарегистрировали ученые, было статистически значимым, и это первое экспериментальное подтверждение эффективности черных лопастей в естественных условиях.

Окрашивание лопастей на уже установленных турбинах — непростая задача, поскольку нужно использовать специальные подъемники и нанимать промышленных альпинистов. Однако, считают ученые, процесс станет гораздо дешевле и проще, если изготавливать лопасти цветными или красить их до монтажа ветрогенератора.

Ветряки могут мешать не только птицам, но и людям. Те не сталкиваются с лопастями, зато хуже спят под шум ветрогенераторов — если ночью шумит турбина, нарушается фаза быстрого сна, и утром люди чувствуют себя невыспавшимися

Алиса Бахарева

Изготовлена первая в мире лопасть ветрогенератора длиной более 100 метров

Новости

21 апреля 2019, 10:29

Изготовлена первая в мире лопасть ветрогенератора длиной более 100 метров

Компания LM Wind Power, принадлежащая GE, один из крупнейших в мире производителей лопастей ветрогенераторов, завершает последние штрихи в процессе выпуска гигантской лопасти длинной 107 метров на своём заводе в Шербуре (Франция). Столь длинных лопастей ветряков до сих пор не устанавливали и не производили.

На финальной стадии изделие подвергнется строгим испытаниям и проверкам, чтобы продемонстрировать его способность выдержать более 20 лет эксплуатации на морском шельфе.

Лопасть предназначена для новой модели офшорной ветряной турбины Haliade-X мощностью 12 МВтпроизводства GE, прототип которой будет установлен летом текущего года, а первая коммерческая поставка запланирована на 2021 год.

Рост размеров и мощности ветрогенераторов является известной тенденцией развития современной ветроэнергетики. Он позволяет снижать удельные капитальные затраты и стоимость ветровой электроэнергии.

Транспортировка такого оборудования по суше с разумными затратами вряд ли возможна, поэтому, более крупные агрегаты устанавливаются и будут устанавливаться в море. Эксперты сегодня считают, что в обозримом будущем на рынке может появиться офшорный ветрогенератор мощностью 15 МВт. 

Ранее сообщалось, что GE представила новую систему проверки лопастей ветрогенераторов с применением тепловизоров и спектрального анализа акустических эмиссий. Система будет располагаться в основании турбины. Она сможет распознавать повреждения, которые скрыты под верхним слоем покрытия лопастей, и передавать соответствующую информацию в режиме реального времени.

Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber

Ветрогенераторы: вопросы и ответы — Энергетика и промышленность России — № 09 (101) май 2008 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 09 (101) май 2008 года

Ветрогенераторы – это генераторы электрической энергии, работающие под действием энергии ветра. Сегодня ветрогенераторы – высокотехнологичные изделия мощностью от 5 кВт до 4500 кВт единичной мощности. Ветрогенераторы современных конструкций позволяют экономически эффективно использовать энергию даже самых слабых ветров – от 4 метров в секунду. С помощью ветрогенераторов можно не только поставлять электроэнергию в централизованные сети, но и решать задачи электроснабжения локальных объектов.

Как работает ветрогенератор?

Набегающие потоки ветра на высоте башни ветрогенератора – от 40 до 100 метров – вращают лопасти ветрогенератора. Энергия вращения передается по валу ротора на мультипликатор, который, в свою очередь, вращает асинхронный или синхронный электрический генератор. Широко распространены конструкции ветрогенераторов, не имеющих мультипликатора, что существенно увеличивает их производительность.

При изменении направления ветра сенсоры на башне ветрогенератора подают команду, и механизм ориентации поворачивает башню ветрогенератора по ветру.

Стабилизация вращения ветроколеса ветрогенератора достигается различными методами, один из которых – поворот лопастей или их фрагментов вокруг своей оси под углом к направлению ветра.

Ветрогенераторы могут работать как по одиночке (единичный комплекс), так и группами (ветропарк). Часто один или несколько ветрогенераторов работают параллельно с дизель-генераторами в качестве средства экономии расходов на дизельное топливо.

Что дает ветрогенератор?

Ветрогенератор мощностью 800 кВт при среднегодовой скорости ветра 6 м/с произведет за год 1500000 кВт-часов электроэнергии, при среднегодовой скорости ветра 5 м/с – 1100000 кВт-часов электроэнергии.

Ветрогенератор мощностью 2000 кВт при среднегодовой скорости ветра 6 м/с произведет за год 3700000 кВт-часов электроэнергии, при среднегодовой скорости ветра 5 м/с –2300000 кВт-часов электроэнергии.

Где применяются ветрогенераторы?

В самых разных местах: это открытые территории с хорошим ветропотенциалом, поля, острова, мелководье, горы. В России применение ветрогенераторов очень перспективно там, где подключение к существующим сетям дороже ветроэнергетического проекта или доставка дизельного топлива обходится дорого. А таких мест, изолированных или удаленных от централизованного энергоснабжения, у нас немало.

Какой силы ветер нужен для работы ветрогенератора?

Использование ветрогенератора экономически эффективно в местности со среднегодовой скоростью ветра от 4 м/с.

Для чего нужны ветрогенераторы?

Аргументов в пользу применения ветроэнергетических установок множество. Вот основные из них:
это независимый от внешних факторов источник электроэнергии;
после достижения срока окупаемости ветрогенератор требует затрат только на его обслуживание;
применение ветрогенераторов позволяет до 80 процентов сократить затраты на дизельное топливо в тех местах, где дизель-генераторы являются основным источником электроэнергии. Следовательно, экономятся расходы на хранение и транспортировку дизельного топлива, а энергоснабжение таких объектов перестает зависеть от случайных факторов;
капитальные затраты на ветроэнергетический комплекс по сравнению с традиционными источниками электроэнергии достаточно низки. Ориентировочно это 1300 евро на 1 кВт установленной мощности «под ключ»;
сроки ввода в эксплуатацию ветрогенераторов достаточно коротки. После изготовления оборудования (6‑8 месяцев) по заказу поставка и монтаж длятся 1‑2 месяца. В случае применения ветрогенераторов «с пробегом» срок поставки ограничивается 1‑2 месяцами;
ветроэнергетические установки не загрязняют окружающую среду. Этот аргумент становится все более актуальным при согласовании новых промышленных проектов в России.

Как влияют высота мачты и диаметр ротора на выработку энергии?

Увеличение высоты мачты до 18‑26 метров позволяет повысить среднегодовую скорость ветра на высоте оси на 15‑30 процентов и тем самым увеличить выработку энергии в 1,3‑1,5 раза.

Это особенно эффективно при среднегодовых скоростях ветра меньше 4 м/с.

Высокая мачта также позволяет устранить влияние деревьев и построек. Мощность зависит от диаметра в квадрате. Диаметр ротора выбирается исходя из среднегодовой скорости ветра. При ветре до 6‑7 м/с выработка ротора диаметром 5 метров выше, чем у ротора 4,2 метра. При больших среднегодовых скоростях ветра выработка выравнивается.

Как бороться с обледенением ветряков | Научные открытия и технические новинки из Германии | DW

Поскольку эффективная эксплуатация ветроэнергетических установок возможна лишь там, где дуют сильные и постоянные ветры, в Европе крупные ветропарки сосредоточены, главным образом, на севере и северо-западе континента. Ветры там, действительно, вполне подходящие. А вот климат — не очень-то.

Суровые зимы, столь характерные для Скандинавии, создают весьма серьезную проблему — обледенение лопастей. А оно чревато сразу несколькими неприятностями, говорит шведский метеоролог Стефан Сёдерберг (Stefan Söderberg), научный сотрудник компании Weathertech в Упсале: «Когда на лопастях образуется ледяная корка, их аэродинамические характеристики заметно ухудшаются — точно так же, как это иногда происходит с самолетами. В результате производительность ветроэнергетической установки падает. Это — во-первых. Во-вторых, наледь нарушает балансировку ветроколеса, что приводит к повышенному износу подшипников и ветрогенератора в целом. Ну и наконец, нельзя не учитывать опасности, связанные с тем, что куски льда с концов вращающихся лопастей могут срываться и разлетаться на значительные расстояния».

Оптимальную систему выберет компьютер

С такого рода неприятностями эксплуатационники сталкиваются на севере Европы изо дня в день каждую зиму. Понятно, что инженерная мысль все это время не дремала, а разрабатывала различные технические решения проблемы обледенения лопастей. Собственно, решений этих не так уж много, вопрос лишь в том, какое из них наиболее эффективно в тех или иных конкретных условиях эксплуатации. Отвечать на него до сих пор приходилось интуитивно, то есть практически наобум.

Теперь же Стефан Сёдерберг совместно с группой коллег разработали компьютерную модель, позволяющую виртуально испытывать разные стратегии борьбы с обледенением лопастей ветросиловых установок и выбирать оптимальную для каждого отдельного ветропарка. Ученый поясняет: «И системы устранения обледенения, и системы предотвращения обледенения состоят, как правило, из трех компонентов: детектора, блока управления и собственно нагревательной системы. В системах устранения обледенения отопление лопастей включается, как только детектор зарегистрирует образование наледи. В системах же предотвращения обледенения отопление включается в тот момент, когда погодные условия делают образование наледи вероятным, то есть не дожидаясь формирования реальной ледяной корки».

Вертолет — средство дорогое, но эффективное

Все это, конечно, замечательно, но как быть, если ветроэнергетические установки вообще не оборудованы системой подогрева лопастей — а таких пока большинство? По крайней мере, на севере Швеции многие сотни ветряков не имеют встроенных систем борьбы с обледенением. Для таких случаев весьма интересную идею выдвинул Ханс Едда (Hans Gedda), инженер консалтинговой фирмы H Gedda Consulting в Будене.

Он предложил бороться с обледенением ветроколес с помощью вертолета. Конечно, это удовольствие, прямо скажем, недешевое, но при определенных условиях может себя окупить, считает автор необычной идеи: «Если вы ожидаете в ближайшие дни оптимальных погодных условий, то есть сильного и устойчивого ветра, а ваши ветрогенераторы из-за обледенения отключены и не могут производить электроэнергию, то освободить их ото льда, пусть даже и с вертолета, имеет прямой смысл».

Лопасти опрыскиваются горячей противообледенительной жидкостью не все сразу, а по очереди одна за другой. Подвергаемая этой процедуре лопасть всегда должна быть направлена вертикально вниз, то есть после завершения обработки одной лопасти ветроколесо следует провернуть так, чтобы следующая лопасть заняла такое же положение. Это обязательно и очень важно, подчеркивает Ханс Едда, иначе куски подтаявшего льда, сорвавшись с большой высоты, могут при падении повредить остальные лопасти или ступицу.

Обледенение — явление почти повсеместное

«Мы надеемся, что вся эта процедура в целом займет не более двух часов, иначе она обойдется слишком дорого, — говорит инженер. — Но если потом освобожденные ото льда установки проработают при хорошем ветре минимум двое суток, этого будет достаточно, чтобы эта вертолетная операция себя окупила».

Там, где борьба с обледенением ветрогенераторов не ведется, среднегодовые потери — вернее, среднегодовая упущенная прибыль, — составляет от пяти до десяти процентов, а в некоторых регионах достигает 20 процентов.

Причем эта проблема касается не только Скандинавии, — говорит Стефан Сёдерберг: «Обледенение имеет место во многих регионах мира — практически повсюду, где зимой идет снег. Все, что нужно для этого эффекта — температура ниже нуля и высокая влажность воздуха. А переохлажденная вода может присутствовать в атмосфере при температурах до минус двадцати градусов. То есть вероятность обледенения лопастей ветроустановок высока и в Германии. Когда я еще только начинал заниматься этой тематикой, речь всегда шла лишь о регионах с очень суровым климатом — вроде Скандинавии. Действительно, здесь у нас в Швеции, как и в Норвегии, и в Дании, — зимы очень холодные. Но обледенение-то может возникать и при температурах лишь незначительно ниже нуля».

Тем не менее, в Германии, похоже, этим вопросом пока всерьез никто не озаботился. А потому здесь, в отличие от Скандинавии, при первых же признаках обледенения лопастей ветрогенераторы положено просто отключать. Системой же подогрева и вовсе оборудована одна-единственная ветроустановка — на всю страну.

Контроль ветрогенераторов — Vizaar — Промышленые видеоэндоскопы viZaar (Германия)

В ходе эксплуатации промышленных ветрогенераторов возникают различные проблемы:

• Обледенение лопастей и других частей генератора. Обледенение способно увеличить массу лопастей и снизить эффективность работы ветрогенератора. Для эксплуатации в арктических областях части ветрогенератора должны быть изготовлены из специальных морозостойких материалов. Жидкости, используемые в генераторе, не должны замерзать. Может замёрзнуть оборудование, замеряющее скорость ветра. В этом случае эффективность ветрогенератора может серьёзно снизиться. Из-за обледенения приборы могут показывать низкую скорость ветра, и ротор останется неподвижным;

• Отключение/поломка тормозной системы. При этом лопасть набирает слишком большую скорость и, как следствие, лопается;

• Отключение. При резких колебаниях скорости ветра срабатывает электрическая защита аппаратов входящих в состав системы, что снижает эффективность системы в целом. Так же для больших ветростанций большая вероятность срабатывания защиты на отходящих ЛЭП;

• Нестабильность работы генератора. Из-за того что в большинстве промышленных ветрогенерирующих установках стоят асинхронные генераторы, стабильная работа их зависит от постоянства напряжения в ЛЭП;

• Пожары. Пожар может возникнуть из-за трения вращающихся частей внутри гондолы, утечки масла из гидравлических систем, обрыва кабелей и т. д. Пожары ветрогенераторов редки, но их трудно тушить из-за отдалённости ветряных электростанций и большой высоты, на которой происходит пожар. На современных ветрогенераторах устанавливаются системы пожаротушения;

• Удары молний. Удары молний могут привести к пожару. На современных ветрогенераторах устанавливаются молниеотводящие системы.

Контроль труднодоступных узлов и агрегатов ветряных генераторов можно осуществить с помощью оборудования дистанционного визуального контроля viZaar.

КОНТРОЛЬ ВЕТРОГЕНЕРАТОРОВ С ПОМОЩЬЮ ВИДЕОЭНДОСКОПА VISIO PRIME INSPECTOR

Почему в Германии недовольны новыми ветрогенераторами — Российская газета

Пейзажи Старого Света уже давно невозможно представить без мерно вращающихся лопастей устремленных в небо генераторов, преобразующих ветряную энергию в электрическую. Однако, как пишут европейские СМИ, эта медитативная картинка больше не представляется столь идиллической. В той же Германии популярность «ветряков» за последний год резко упала, а экологи, ратующие за «зеленую» энергетику, парадоксальным образом начинают поддерживать активистов, объявивших войну «ветряным мельницам».

Дошло до того, что ветрогенераторы посеяли раздор внутри правящей коалиции и целых министерств. Так, министр экономики Петер Альтмайер, представляющий Христианско-демократический союз, представил законопроект, запрещающий строить ветряные электростанции в непосредственной близости фермерских хозяйств и домов. Минимальная дистанция должна составлять тысячу метров. Инициативе воспротивилась министр окружающей среды Свенья Шульце из СДПГ. По подсчетам ее ведомства, такие ограничения выводят из оборота до пятидесяти процентов земли, пригодной для возведения ветрогенераторов. А значит, пойдут прахом амбициозные планы правительства к 2030 году перевести немецкую энергетику на «зеленые рельсы» по крайней мере на 65 процентов.

Параллельно в Берлине собираются закрыть через три года последние АЭС, а в 2038-м окончательно отказаться от угля. Как пишет Spiegel online, нынешние «ветряки», которые были построены по старым нормативам на расстоянии менее километра от населенных пунктов, рассчитаны на двадцать лет эксплуатации и обновлению не подлежат. Ну а строительство новых затормозилось не в последнюю очередь из-за того, что граждане все чаще идут в суд с исками против установки ветрогенераторов, а также вышек сотовой связи. По данным Financial Times, за первые девять месяцев 2019 года в Германии было введено в строй лишь 150 новых ветротурбин относительно небольшой мощности — что на 80 процентов меньше, чем за последние пять лет. По всей стране их сейчас возведено около 30 тысяч.

Ветрогенераторы посеяли раздор внутри правящей коалиции и целых министерств Германии

Газета приводит в качестве примера историю Гюнтера Шульца, который вот уже несколько лет с переменным успехом ведет борьбу с «ветряными мельницами» в окрестностях своего родного города Обер-Рамштадт, что неподалеку от Франкфурта (земля Гессен). Для фундамента под новые станции власти планируют начать вырубку леса. Этот проект Шульц и его единомышленники называют «экологической мерзостью», подсчитав ущерб, который он наносит популяции птиц, почвам и грунтовым водам. По мнению экспертов, хотя дискуссия о ветряной энергетике не стала общенациональной, «сопротивление ей будет только расти».

Между тем

Германия побила собственный антирекорд по количеству упаковки, отправляющейся в мусорные корзины. Как подсчитало Федеральное министерство окружающей среды, за 2017 год в стране было произведено 18,7 миллиона тонн бытовых упаковочных отходов — это на три процента больше, чем в году предшествующем. Значит, на одного жителя ФРГ в среднем приходится 226,5 килограмма мусора, сообщает Frankfurter Allgemeine Zeitung. Эксперты объясняют такие цифры растущей популярностью сервисов онлайн-доставки еды, а также закусок и напитков — того же кофе — навынос. Впрочем, экологи отмечают, что около 70 процентов выброшенной упаковки (бумаги, картона, пластика, стекла, дерева) в Германии отправляется на вторичную переработку.

лопастей ветряных турбин не должны попадать на свалки

Этот пост является частью серии о Recycling Clean Energy Technologies

Это один из четырех блогов в серии, посвященной текущим проблемам и возможностям утилизации экологически чистых энергетических технологий.См. Вводный пост , а также другие статьи о солнечных панелях и аккумуляторных батареях . Особая благодарность Джессике Гарсия, научному сотруднику UCS по политике чистой энергии Среднего Запада на лето 2020 года, за поддержку в исследованиях и соавторство этих публикаций.

Ветровые турбины увеличились в размерах и количестве, чтобы удовлетворить потребности в чистой энергии

Современная ветроэнергетика преобразует кинетическую энергию (движение) ветра в механическую.Это происходит за счет вращения больших лезвий из стекловолокна, которые затем вращают генератор для производства электроэнергии. Известные ветряные турбины могут располагаться на суше или на море.

Прогнозируется, что к 2050 году ветроэнергетика продолжит расти в США. Последний отчет о рынке ветряных технологий, подготовленный Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли, показал, что цены на ветровую энергию находятся на рекордно низком уровне, а в 2019 году — 7,3 процента выработки электроэнергии коммунальными предприятиями. в США пришел ветер.В этом сообщении в блоге мы рассмотрим наземные ветряные турбины и возможности переработки, которые существуют, но еще не получили широкого распространения для лопастей турбин.

Источник: Berkeley Lab Electric Markets & Policy (https://emp.lbl.gov/wind-energy-growth)

Конструкции ветряных турбин со временем развивались, увеличиваясь в размерах и увеличивая эффективность, что в конечном итоге привело к увеличению генерирующей мощности. Основная конструкция промышленных турбин сегодня — это ветряные турбины с горизонтальной осью, состоящие из ротора с тремя лопастями из стекловолокна, прикрепленными к ступице, которая сама прикреплена к центральной детали (гондоле), установленной на стальной башне.Различное другое оборудование и бетонные основания также включены в современные конструкции ветряных турбин, которые включают более 8000 деталей на турбину.

Лопасти ветряных турбин в существующем парке США в среднем составляют около 50 метров в длину или около 164 футов (примерно ширина американского футбольного поля). А с учетом недавних тенденций к использованию более длинных лопастей на более крупных турбинах и более высоких опорах для увеличения выработки электроэнергии, некоторые из самых крупных лопастей, производимых сегодня, достигают 60-80 метров в длину.

Источник: Лаборатория Беркли, Обновление данных по ветроэнергетическим технологиям: издание 2020 г., стр. 37.Обратите внимание, что диаметр ротора (показанный здесь в метрах) чуть более чем в два раза превышает длину лопастей

.

Фото: Джеймс Жиньяк

Срок службы ветряных турбин в среднем составляет около 25 лет. Около 85 процентов материалов компонентов турбины, таких как сталь, медная проволока, электроника и зубчатые передачи, могут быть переработаны или повторно использованы. Но лезвия отличаются, поскольку они сделаны из стекловолокна (композитного материала), чтобы быть легкими для эффективности, но при этом достаточно прочными, чтобы выдерживать штормы.Смешанная природа материала лезвия затрудняет отделение пластмассы от стекловолокна для переработки в пригодный для обработки стекловолоконный материал, а прочность, необходимая для лезвий, означает, что их также физически сложно сломать.

Куда теперь попадают бывшие в употреблении лопасти ветряных турбин?

Лопасти ветряных турбин требуют утилизации или вторичной переработки, когда турбины выводятся из эксплуатации в конце использования или когда ветряные электростанции модернизируются в процессе, известном как восстановление мощности.Восстановление мощности включает в себя сохранение того же места и часто обслуживание или повторное использование первичной инфраструктуры ветряных турбин, но модернизацию турбин большей мощности. Лезвия могут быть заменены на более современные и, как правило, большие лезвия. В любом случае лопасти из стекловолокна, когда они больше не нужны, представляют собой серьезнейшую проблему с точки зрения конечного использования ветроэнергетики.

Хотя лезвия можно разрезать на несколько частей на месте во время вывода из эксплуатации или повторного включения, эти части по-прежнему сложно и дорого транспортировать для переработки или утилизации.А процесс резки чрезвычайно прочных лезвий требует огромного оборудования, такого как канатные пилы на транспортных средствах или пилы с алмазным канатом, подобные тем, что используются в карьерах. Поскольку в настоящее время существует очень мало вариантов утилизации лезвий, подавляющее большинство из них, которые достигают конца использования, либо хранятся в разных местах, либо отправляются на свалки.

Действительно, Bloomberg Green ранее в этом году сообщал о вывозе лопастей ветряных турбин на свалки. Несмотря на то, что поток отходов представляет собой лишь крошечную долю твердых бытовых отходов США, это явно не идеальная ситуация.По мере вывода из эксплуатации или замены ветряных турбин возникает необходимость в более творческих решениях по переработке использованных лопастей.

Хорошая новость в том, что в настоящее время ведутся работы по разработке альтернатив. Две крупные компании в США, PacificCorp и MidAmerican Energy, например, недавно объявили о планах наладить партнерство с компанией Carbon Rivers из Теннесси по переработке некоторых израсходованных лопаток турбин вместо их захоронения. Технология, используемая Carbon Rivers, поддерживается за счет грантов Министерства энергетики США и будет использоваться для разрушения и повторного использования стекловолокна из использованных лопаток турбин.

Фото: Flickr / Chuck Coker

Новые инновации в переработке стекловолокна

В то время как композитная природа лопаток турбины из стекловолокна, как известно, затрудняет работу с ними на этапе завершения использования, интерес к поиску альтернатив также может стимулировать творчество и инновации. Например, партнерство с участием университетов США, Ирландии и Северной Ирландии под названием Re-wind разработало несколько интересных проектных идей в области гражданского строительства для повторного использования и перепрофилирования лезвий из стекловолокна.Сюда входит использование выведенных из эксплуатации лопастей в проектах гражданского строительства в составе конструкций линий электропередач или башен, а также крыш для аварийного или доступного жилья. В Северной Ирландии Re-wind также рассматривает возможность их использования на пешеходных мостах вдоль зеленых насаждений.

Далее по иерархии отходов начинают появляться дополнительные варианты переработки. WindEurope, представляющая ветроэнергетику Европейского Союза, сотрудничает с Европейским советом химической промышленности (Cefic) и Европейской ассоциацией производителей композитов (EuCIA) для разработки новых методов повторного использования материалов для лопастей.По оценкам организаций, только в Европе в течение следующих нескольких лет будет выведено из эксплуатации 14 000 лопастей ветряных турбин. В мае 2020 года консорциум выпустил Accelerating Wind Turbine Blade Circularity, всеобъемлющий отчет, в котором подробно описаны дизайн, исследования и технические решения, ориентированные на жизненный цикл ветряных турбин.

Ключевым моментом при переработке композитных материалов является обеспечение того, чтобы процесс переработки имел чистый положительный результат по сравнению с альтернативой утилизации на свалках.Одним из примеров является Германия, где концепция переработки турбинных лопаток в цемент впервые была разработана около десяти лет назад на заводе, построенном в рамках партнерства между Geocycle, бизнес-подразделением корпорации строительных материалов HolcimAG, и компанией Zajons.

Эта форма рециркуляции включает в себя контроль цепочки поставок утилизации, в том числе распиливание лопаток турбины на более мелкие части на месте вывода из эксплуатации для уменьшения логистики и затрат на транспортировку. Этот процесс обещает 100-процентную переработку и сокращение выбросов углекислого газа при совместной переработке цемента за счет замены производства цементного сырья на переработанные лопасти, а также использование биогаза из органических остатков вместо угля в качестве топлива.

Разрабатываются и другие технологии, такие как механическая переработка, сольволиз и пиролиз, которые в идеале предоставят промышленности дополнительные возможности для работы с лезвиями из стекловолокна, когда они достигают конца использования.

Фото: Джеймс Жиньяк

Другой творческий вариант переработки позволяет получать гранулы или доски, которые можно использовать в столярных работах. В 2019 году Global Fiberglass Solutions приступила к производству продукта под названием EcoPoly Pellets в США и вскоре дополнительно будет производить панельную версию.Эти продукты сертифицированы как переработанные из списанных лопастей ветряных турбин посредством отслеживания радиочастотной идентификации (RFID) от лопасти до конечного продукта. EcoPoly Pellets можно превратить в различные продукты, такие как складские поддоны, напольные покрытия или парковочные болларды. Основываясь на своих прогнозах спроса, Global Fiberglass Solutions ожидает, что сможет обрабатывать от 6000 до 7000 лезвий в год на каждом из двух своих заводов в Техасе и Айове.

Дополнительный подход к переработке лезвий состоит в том, чтобы сосредоточить внимание на исходной детали — из чего сделаны лезвия.Дополнительные исследования и разработки направлены на использование термопластической смолы вместо стекловолокна или углеродного волокна для лопастей ветряных турбин. Материал может быть проще и дешевле утилизировать.

В конце концов, цель увеличения количества инноваций в направлении дополнительных приложений использования для списанных лопаток турбин требует наличия достаточного рыночного спроса, чтобы стимулировать создание предприятий, которые могут перерабатывать лопатки. Наряду с этой проблемой в США отсутствует политика в отношении конечного использования лопаток турбин, что еще больше способствует сохранению статус-кво хранения или утилизации в качестве твердых отходов на полигонах.

Достижение 100-процентной возможности повторного использования ветряных турбин

Как обсуждалось выше, в настоящее время дешевле утилизировать лопасти ветряных турбин на ближайшей свалке, чем часто перевозить на большие расстояния, необходимые для рециркуляции на ограниченном количестве предприятий, которые могут их эффективно переработать. Кроме того, отрасль в настоящее время страдает от недостаточного давления со стороны регулирующих органов или рыночных стимулов для полной разработки других вариантов конечного использования.

Два подхода к более замкнутой экономике — это более тесная связь в цепочке поставок ветряных турбин и амбициозные цели.Например, Vestas Wind Systems A / S, компания, занимающаяся проектированием, производством и глобальным монтажом ветряных турбин, объявила о твердом намерении произвести к 2040 году ветровые турбины с нулевым отходом. Компания планирует достичь этого за счет увеличения возможности вторичной переработки в течение следующих 20 лет. тесно сотрудничать со своими партнерами по всей цепочке поставок, чтобы в конечном итоге избежать сжигания или захоронения своей продукции. Необходимо больше партнерских отношений между компаниями ветроэнергетики, чтобы восполнить пробел и сделать системы ветроэнергетики на 100% пригодными для вторичной переработки.

Кроме того, штаты США должны рассмотреть механизмы политики для стимулирования развития рынка альтернативных решений, таких как усиление ответственности производителей, помимо утилизации лопастей ветряных турбин на свалках. Штаты могли бы дополнительно рассмотреть способы поддержки строительства региональной инфраструктуры утилизации отходов — особенно в штатах с более крупными ветряными электростанциями, такими как Техас или Айова — для решения проблемы прекращения использования лопастей ветряных турбин.

В других блогах этой серии вы найдете введение в технологии переработки экологически чистой энергии, а также дополнительную информацию об утилизации солнечных панелей и аккумуляторов энергии.

https://emp.lbl.gov/sites/default/files/2020_wind_energy_technology_data_update.pdf

Опубликовано в: Энергия Теги: чистая энергия, переработка, переработка экологически чистых технологий энергии, ветроэнергетика

Поддержка членов UCS делает такую ​​работу возможной. Ты к нам присоединишься? Помогите UCS продвигать независимую науку для здоровой окружающей среды и более безопасного мира.

Лопасти ветряных турбин — Iberdrola

Что такое ветряная турбина и как она работает?

# НИОКР # ветровая энергия # возобновляемая энергия

Вы когда-нибудь задумывались, как башня ветряной турбины может выдерживать такой большой вес? Или почему все они ориентированы в одном направлении? Такова природа ветряных турбин, гигантов возобновляемой энергии.

Ветряная электростанция в Серра-ду-Бурго (Оренсе, Испания).

Путешествуя по дороге вдали от городов, вы наверняка наткнулись на ветряную электростанцию. Любопытно посмотреть, как ветряные турбины работают синхронно. Это похоже на наблюдение за футбольной командой, где все участники расположены стратегически и поворачиваются в одном направлении.

Это может показаться совпадением, но это не так: все детали операции регулируются хорошо изученными и четко определенными исследованиями. Узнай о них больше!

Как ветер преобразуется в энергию?

Почему чаще всего используются ветряные турбины с тремя лопастями?
На протяжении всей истории существовало множество типов турбин и машин, которые использовались для использования кинетической энергии, производимой ветром.Из всех них наиболее часто используемым и распространенным в наши дни — и также выбранным компанией Iberdrola — является тот, у которого три лезвия перемещаются относительно горизонтальной оси. Это наиболее эффективный вариант с технической точки зрения: меньшее количество лезвий приводит к лучшему балансу.

Почему они всегда смотрят в одном направлении?
Подобно полю подсолнухов, ветряные турбины всегда ориентированы в одном направлении, так что вместо того, чтобы следовать за солнцем, они могут следовать за ветром и использовать его потенциальную энергию. Это достигается благодаря флюгеру, который у всех есть наверху гондолы. Этот флюгер показывает контроллеру, правильно ли установлен ротор против ветра.

Как ветер двигает лопасти?
Иногда трудно представить, как лопасти ветряной турбины, нагруженные такими размерами и весом, могут перемещаться ветром с нормальными характеристиками. Причина в его форме, так называемом аэродинамическом профиле: Когда ветер дует перпендикулярно им, создается подъемная сила, которая вызывает движение.

Как башня выдерживает такой вес?
Башня ветряной турбины — это конструктивный элемент, на котором крепятся ротор и гондола. Более того, он поддерживает всю силу ветра. Ключ кроется в его конструкции и составе, так как он должен выдерживать вес до 15 взрослых слонов.

Вы знаете, как изготавливаются лопасти ветряной турбины?

СМОТРЕТЬ ИНФОРМАЦИЮ: Вы знаете, как изготавливаются лопасти ветряной турбины? [PDF]

Ознакомьтесь с этапами производства лопастей

1. Изготовление балки: Это внутренняя часть лезвия, состоящая из материалов, состоящих из стекловолокна и углерода, предварительно покрытого эпоксидной смолой — термостабильным полимером, который затвердевает при смешивании с катализатором.

2. Изготовление обечаек: Покрывают балки, изготовлены из стеклопластика. Кроме того, они покрыты слоем краски, обеспечивающей защиту.

3. Сборка и отверждение: после получения двух оболочек следующим шагом является скрепление балки между двумя оболочками и их пропускание через печь для образования единой прочной и прочной конструкции.

4. Чистовая обработка: После того, как передняя и задняя кромки лопасти закончены, конструкция проходит новый осмотр перед перемещением лопасти на ветряную электростанцию ​​назначения.

5. Транспортировка и установка: лопасти ветряной турбины очень тяжелые, массивные конструкции. Лопасти морской ветряной электростанции Wikinger, например, имеют длину 67,5 метра. Требуются специализированные виды транспорта, способные погрузить эти конструкции и доставить их к месту назначения.В пункте назначения опытная бригада собирает лопасти и ротор на гондоле.

Скрыть информацию

Какие материалы используются?
Большинство лезвий изготавливаются из полиэстера или эпоксидной смолы, армированной стекловолокном. Углеродное волокно или арамид (кевлар) также используется в качестве армирующего материала. В настоящее время исследуется возможное использование древесных смесей , таких как древесно-эпоксидная смола или древесно-волокнистая эпоксидная смола, .

Как проводится техническое обслуживание?
Существует два типа обслуживания: профилактическое и корректирующее.Первый состоит из периодических проверок для определения состояния лопастей и выявления любых повреждений. Эти проверки производятся с использованием различных методов — с земли, с помощью высокоточных телеобъективов, подъема на лопасти с помощью канатов, кранов или подъемных платформ, а также дистанционно с помощью беспилотных летательных аппаратов. Между тем, корректирующее обслуживание включает ремонт или реконструкцию лопастей и гондол для исправления любых повреждений, которые появляются как на поверхности, так и внутри конструкции.

Как ремонтируют ножи?
Лопасти ветряных турбин могут иметь трещин, повреждений, вызванных ударами молнии и птиц или отверстиями в передней или задней кромке, а также среди других повреждений. Ремонтные работы выполняют рабочие на высоте, которые подвешиваются к лопастям на тросах или поднимаются к ним на подвесных платформах. В настоящее время изучаются альтернативные системы ремонта и очистки, такие как дроны, чтобы операторам не приходилось подниматься к турбинам.

Как решить, где установить ветряную электростанцию?
Чтобы проанализировать жизнеспособность проекта ветряной электростанции, необходимо провести оценку того, сколько ветряная электростанция будет производить в течение своего полезного срока службы. Для этого одними из основных критериев являются характеристики ветра, а также давление и температура воздуха. Измерительная кампания позволяет преобразовывать данные, полученные с четырех или пяти метеорологических вышек, за несколько лет (2-3 года) и на разных высотах от 50 до 60 метров.

Supercomputing

лопастей ветряных турбин не подлежат переработке, поэтому они скапливаются на свалках

Лопасти ветряной турбины могут быть длиннее крыла Боинга 747, поэтому в конце срока их службы их нельзя просто вытащить. Во-первых, вам нужно распилить гладкое стекловолокно с помощью промышленной пилы с алмазной инкрустацией, чтобы получить три части, достаточно маленькие, чтобы их можно было привязать к тягачу с прицепом.

Муниципальная свалка в Каспере, штат Вайоминг, является последним местом упокоения 870 лопастей, дни производства возобновляемой энергии которых подошли к концу.Отрезанные фрагменты похожи на обесцвеченные кости кита, прижатые друг к другу.

«Это конец этой зимы», — сказал специалист по утилизации отходов Майкл Братвольд, наблюдая, как бульдозер навсегда закапывает их в песок. «Мы получим отдых, когда погода изменится этой весной».

Десятки тысяч стареющих лопастей падают со стальных башен по всему миру, и большинству некуда деваться, кроме свалок. Только в США около 8000 будут удалены в течение следующих четырех лет.По данным BloombergNEF, в Европе, которая занимается этой проблемой дольше, ежегодно, по крайней мере, до 2022 года будет приходить около 3800 человек. Будет только хуже: большинство из них были построены более десяти лет назад, когда количество установок составляло менее одной пятой от нынешних.

Созданные, чтобы противостоять ураганным ветрам, лопасти нелегко раздавить, переработать или перепрофилировать. Это вызвало срочный поиск альтернатив в местах, где нет широко открытых прерий. В США они отправляются на несколько свалок, которые их принимают, в Лейк-Миллс, штат Айова; Су-Фолс, Южная Дакота; и Каспер, где они будут похоронены в штабелях, достигающих 30 футов под землей.

Исследуйте динамические обновления ключевых точек данных Земли

«Лопасть ветряной турбины будет там, в конечном счете, навсегда», — сказал Боб Каппадона, главный операционный директор североамериканского подразделения парижской компании Veolia Environnement SA, которая ищет более эффективные способы обращения с огромными отходами. «Большинство свалок считаются сухими могилами.»

« Меньше всего мы хотим создать еще больше экологических проблем ».

Каждое лезвие разрезается на части для транспортировки и штабелируется для повышения эффективности.

Фотограф: Бенджамин Расмуссен для Bloomberg Green

Чтобы предотвратить катастрофическое изменение климата, вызванное сжиганием ископаемого топлива, многие правительства и корпорации обязались использовать только чистую энергию к 2050 году. Энергия ветра — один из самых дешевых способов достижения этой цели.

Электричество поступает от турбин, вращающих генераторы.Современные модели появились после арабского нефтяного эмбарго 1973 года, когда нехватка нефти вынудила западные правительства искать альтернативы ископаемому топливу. Первая ветряная электростанция в США была установлена ​​в Нью-Гэмпшире в 1980 году, а Калифорния развернула тысячи турбин к востоку от Сан-Франциско через перевал Альтамонт.

Первые модели были дорогими и неэффективными, быстро и низко вращались. После 1992 года, когда Конгресс принял налоговую льготу, производители инвестировали в более высокие и мощные конструкции. Их стальные трубы возвышались на 260 футов и имели парящие лезвия из стекловолокна.Десять лет спустя компания General Electric Co. сделала свою модель мощностью 1,5 мегаватта, которой хватило бы для снабжения 1200 домов при сильном ветре, — отраслевым стандартом.

Ветроэнергетика не содержит углерода, и около 85% компонентов турбины, включая сталь, медную проволоку, электронику и зубчатые передачи, могут быть переработаны или повторно использованы. Но лезвия из стекловолокна по-прежнему трудно утилизировать. Некоторые из них размером с футбольное поле, большие установки могут перевозить только по одному, что делает транспортные расходы непомерно высокими для дальних перевозок. Ученые пытаются найти более эффективные способы отделения смолы от волокон или придать маленьким кусочкам новую жизнь в виде гранул или плит.

До тех пор, пока крупномасштабная переработка не станет широко доступной, на свалках должны быть размещены вышедшие из строя лопасти.

Фотограф: Бенджамин Расмуссен для Bloomberg Green

В Европейском союзе, где строго регламентируются материалы, которые могут попадать на свалки, некоторые лопасти сжигают в печах для производства цемента или на электростанциях. Но их энергоемкость слабая и неравномерная, а горящий стекловолокно выделяет загрязняющие вещества.

В пилотном проекте в прошлом году Veolia попыталась измельчить их в пыль в поисках химикатов для извлечения.«Мы придумали несколько безумных идей», — сказал Каппадона. «Мы хотим, чтобы это был устойчивый бизнес. В этом есть большой интерес «.

Тысячи лопастей ветряных турбин оказываются на свалках

Один из стартапов Global Fiberglass Solutions разработал метод разрушения лопастей и прессования их в гранулы и древесноволокнистые плиты, которые будут использоваться для полов и стен. Компания начала производить образцы на заводе в Свитуотере, штат Техас, недалеко от крупнейшего на континенте скопления ветряных электростанций.Планируется еще одна операция в Айове.

«Мы можем обрабатывать 99,9% лезвия и обрабатывать от 6000 до 7000 лезвий в год на одном заводе», — сказал главный исполнительный директор Дон Лилли. По его словам, компания накопила запасы лезвий на один год, готовые к измельчению и переработке по мере роста спроса. «Когда мы начнем продавать большему количеству строителей, мы сможем принять намного больше из них. Мы только что готовимся ».

Рабочие экспериментируют, чтобы уместить в могилу больше лезвий.

Фотограф: Бенджамин Расмуссен для Bloomberg Green

До тех пор городские и коммерческие свалки будут принимать большую часть отходов, что, по мнению Американской ассоциации ветроэнергетики в Вашингтоне, является самым безопасным и дешевым.

«Лопасти ветряных турбин по окончании срока службы безопасны для захоронения, в отличие от отходов из некоторых других источников энергии, и представляют собой небольшую долю от общего количества твердых бытовых отходов в США», — говорится в сообщении группы по электронной почте. Он указал на исследование Института электроэнергетики, согласно которому все отходы лезвий до 2050 года будут примерно одинаковыми.Только в 2015 году на свалки отправлено 015% всех твердых бытовых отходов.

В Айове компания Waste Management Inc. «работала в тесном сотрудничестве с компаниями по возобновляемым источникам энергии, чтобы разработать решение для обработки, переработки и утилизации лопастей ветряных мельниц», — заявила пресс-секретарь Джули Кетчум. Он утилизирует все получаемые лезвия, при этом до 10 грузовиков в день доставляют их на свалку компании в Лейк-Миллс.

Еще в Вайоминге, в тени заснеженной горы, находится Каспер, где ветряные электростанции представляют как возможности, так и подводные камни перехода от ископаемого топлива.Бум-спад нефтяной городок был основан на рубеже 19-го века. На южной стороне бары, которые одновременно служат винными магазинами, приветствуют курильщиков сигарет и любителей выпить в дневное время. На пологом северном склоне стрелковый клуб может похвастаться тирами для ковбойских пистолетов. Вниз по дороге суетятся обширные свалки, а на горизонте мягко вращается дюжина ветряных турбин. Они возвышаются над насосными станками, известными как кивающие ослы, добывающие нефть из колодцев.

«Люди здесь не любят перемен, — сказал Морган Морсетт, бармен Frosty’s Bar & Grill.«Они считают, что эти ветряные турбины вредят углю и нефти».

Но город получает 675 000 долларов на размещение лопастей турбин на неопределенный срок, что может помочь в оплате улучшения детских площадок и других услуг. Менеджер полигона Синтия Лэнгстон сказала, что лопасти намного чище для хранения, чем выброшенное нефтяное оборудование, и Каспер счастлив взять тысячу лопастей с трех ветряных электростанций в штате, принадлежащих PacifiCorp Berkshire Hathaway Inc. Компания Уоррена Баффета заменила оригинальные лопасти и турбины более крупными и мощными моделями после десятилетия эксплуатации.

Ветряные электростанции, распространенные в Вайоминге, выходят окнами на свалку Каспера.

Фотограф: Бенджамин Расмуссен для Bloomberg Green

Признавая, что закапывать лезвия на вечность — не лучший вариант, Братволд, специалист по специальным отходам, был удивлен некоторыми негативными реакциями, когда прошлым летом фотографии некоторых ранних поставок стали вирусными. В социальных сетях плакаты высмеивали невозможность переработать то, что рекламируется как хорошее для планеты, и предлагали повторно использовать их в качестве звеньев в приграничной стене или кровле для приюта для бездомных.

«Ответная реакция была мгновенной и неосведомленной, — сказал Братвольд. «Критики заявили, что, по их мнению, ветряные турбины должны быть полезными для окружающей среды, и как они могут быть устойчивыми, если они окажутся на свалке?»

«Я думаю, что мы поступаем правильно».

Тем временем Братвольд и его сотрудники отложили около полдюжины лезвий, и в ближайшие месяцы они будут экспериментировать с методами, позволяющими втиснуть их в более мелкие следы. Они пробовали бункеры, бермы и даже ломали их бульдозером, но гусеницы продолжали соскальзывать с гладких лезвий.Мало времени терять зря. Приближается весна, и когда она наступит, неумолимый марш клинков возобновится.

(Добавляет детали из заявления компании.)

Новые лопасти ветряных турбин могут быть переработаны вместо захоронения

Исследователи разработали лопасти ветряных турбин, которые стоят меньше и могут быть переработаны, — два атрибута, которые могут ускорить быстрый рост производства как наземный, так и морской ветер по всему миру.

Это нововведение также может снизить растущие транспортные расходы, поскольку лопасти более высоких турбин теперь могут достигать 262 футов в длину, что почти соответствует длине футбольного поля.

Могут потребоваться годы дальнейших испытаний, чтобы убедиться, что пригодные для вторичной переработки лопасти выдерживают воздействие внешних элементов в течение 30 лет, что, по мнению исследователей из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, является стандартной целью ветроэнергетики.

Снижение стоимости лопастей будущего станет «большим шагом» в ускорении роста ветроэнергетики, сказал Дэниел Лэрд, директор центра ветроэнергетики NREL, который четыре года работал над новой лопастью.

Он отметил, что за последние три десятилетия исследования помогли снизить стоимость электроэнергии, производимой с помощью ветряных турбин, на 90%.Но он добавил, что ветроэнергетика по-прежнему должна конкурировать с углем, природным газом и атомной энергетикой, чтобы сохранить свою нишу в энергетическом бизнесе.

«Я думаю, что в ближайшие год или два мы добьемся большого прогресса в вопросе утилизации лезвий», — сказал Лэрд.

Не все настроены так оптимистично. Американская ассоциация ветроэнергетики (AWEA) недавно опубликовала документ, в котором говорится, что «перепрофилирование» гигантских использованных лопастей может быть более простой альтернативой переработке. Отраслевая группа заявляет, что «местные сообщества» могут использовать их для строительства пешеходных мостов, оборудования детских площадок и общественных скамеек.Кровельные материалы — еще одно возможное применение.

В отчете AWEA цитируется Синди Лэнгстон, менеджер отдела твердых отходов в Каспер, штат Вайоминг, которая недавно была рада получить 600 000 долларов за вывоз использованных лопастей ветряных турбин на местную свалку.

«Это наименее проблемные отходы с точки зрения охраны окружающей среды, которые мы когда-либо получали», — пояснила она AWEA. «У нас есть шины, асбест, загрязненная почва, довольно неприятные вещи».

В отчете

AWEA также отмечается, что Vestas Wind Systems A / S, один из крупнейших в мире производителей ветряных турбин, поставил перед собой цель отказаться от традиционных лопастей турбин к 2040 году.

Сделать лопасть ветряной турбины непросто. Обычные лезвия требуют много труда. Они представляют собой сэндвич, состоящий из стекловолокна, листов пробкового дерева и химического вещества, называемого эпоксидной термореактивной смолой. Тепловая печь необходима для придания лопастям правильной формы, прочности, гладкости и гибкости, чтобы ловить ветер и вращать турбину.

Новое лезвие NREL использует большинство этих компонентов, но связывает их вместе с помощью термопластичной смолы, которая может затвердеть и принять форму лезвия при комнатной температуре.По окончании срока службы его также можно утилизировать, нагревая до жидкой смолы, которую затем можно повторно использовать для изготовления новых лезвий.

Это сводит к минимуму проблему отходов, которая стала более сложной в Европе после того, как Европейский Союз запретил вывозить старые лезвия на свалки. Новая смола называется Elium и производится французской компанией Arkema Inc., офисы которой находятся в Короле Пруссии, штат Пенсильвания. Arkema работает с NREL над разработкой лезвия, пригодного для вторичной переработки.

Робин Мюррей, инженер-исследователь, которая создавала новые лезвия в лаборатории NREL, говорит, что в лаборатории они проходят стресс-тесты по сравнению с обычными лезвиями.Среди прочего, испытания показывают, что новые лопасти обладают так называемым «большим« демпфирующим эффектом », что означает, что они уменьшают вызванные ветром вибрации, доставляющие неудобства людям, которые могут сократить срок службы конструкций турбин.

«Исследования еще только начинаются», — отметил Мюррей. «Многое о моделировании затрат будет позже».

Перепечатано с сайта Climatewire с разрешения E&E News. E&E ежедневно освещает важные новости энергетики и окружающей среды на сайте www.eenews.net.

Стратегии переработки лопастей ветряных турбин

WindEurope, Европейский совет химической промышленности (Cefic) и Европейская ассоциация производителей композитов (EuCIA) представляют свои рекомендации по переработке лопастей ветряных турбин в своем новом отчете «Ускорение круговорота лопастей ветряных турбин».

Сегодня от 85 до 90% общей массы ветряных турбин можно утилизировать. Но лопатки турбины представляют собой особую проблему.Изготовленные из сложных композитных материалов, позволяющие получать более легкие и прочные лезвия, они требуют специальных процессов для вторичной переработки.

« Инвестиции в производство возобновляемой энергии и решения замкнутого цикла должны стать одним из ключевых факторов восстановления экономики после COVID-19», — поясняет генеральный директор Cefic Марко Менсинк . «Я очень горжусь партнерством, которое мы установили с цепочкой поставок ветровой энергии, чтобы предложить эффективное решение по переработке ветряных лопастей.Это показывает, что межотраслевые союзы и союзы производственно-сбытовой цепочки являются очень мощным инструментом для ускорения инноваций и распространения передовых технологий ».

Генеральный директор

WindEurope Джайлс Диксон сказал: «Первое поколение ветряных турбин начинает подходить к концу своего срока службы. Многие из них будут заменены на современные, более эффективные турбины. По нашим оценкам, к 2023 году в Европе будут выведены из эксплуатации 14 000 лопастей ветряных турбин. Утилизация этих старых лопастей является для нас главным приоритетом, поскольку мы привержены принципам экономики замкнутого цикла.Наше сотрудничество с Cefic и EuCIA является ключом к расширению необходимых технологий переработки и производственно-сбытовых цепочек ».

«Мы стремимся поддерживать промышленность композитов в поиске надежных технологий вторичной переработки», — добавляет Роберто Фрассин, президент EuCIA. «Наше сотрудничество с WindEurope и Cefic — отличный пример того, как мы можем добиться прогресса в создании решений, которые являются одновременно устойчивыми и экономически жизнеспособными. EuCIA прилагает все усилия, чтобы точнее оценить количество отходов композитных материалов в Европе.Благодаря WindEurope мы смогли подтвердить наши выводы для рынков ветроэнергетики, которые станут основой для дальнейших стратегических программ и действий по продвижению вторичной переработки композитов ».

Основные выводы отчета:

• Существуют различные существующие технологии утилизации лопастей ветряных турбин, но еще не все эти решения доступны в промышленных масштабах и являются экономически конкурентоспособными.
• Сегодня основной технологией переработки композитных отходов является совместная переработка цемента.WindEurope, Cefic и EuCIA решительно поддерживают увеличение и улучшение переработки композитных отходов за счет разработки альтернативных технологий переработки. Это требует увеличения финансирования исследований и инноваций.
• В то же время существующие маршруты обработки, такие как совместная переработка цемента, должны быть развернуты более широко, чтобы справиться с растущими потоками отходов.
• Лучшая стратегия для лопастей ветряных турбин — это та, которая сочетает в себе проектирование, тестирование, техническое обслуживание, модернизацию и соответствующую технологию переработки для обеспечения максимальной ценности материала на протяжении всего срока его службы.Это требует лучшего понимания воздействия на окружающую среду, связанного с выбором материалов во время проектирования и с различными методами обработки отходов в конце срока службы.
• И, наконец, переработка композитов — это межотраслевая проблема. Для разработки рентабельных решений и сильных европейских цепочек добавленной стоимости требуется активное участие всех секторов и властей, использующих композитные материалы.

Прочитать отчет

Bladeswind energy

Утилизация турбин: NPR

Роб Ван Влит закрепляет лопасть ветряной турбины на негабаритном грузовике на ветряной электростанции Кимбалл на юго-западе Небраски. Кристина Стелла / Harvest Public Media скрыть подпись

переключить подпись Кристина Стелла / Harvest Public Media

Роб Ван Влит закрепляет лопасть ветряной турбины на негабаритном грузовике на ветряной электростанции Кимбалл на юго-западе Небраски.

Кристина Стелла / Harvest Public Media

Хотя большую часть турбины можно переработать или найти вторую жизнь на другой ветряной электростанции, по оценкам исследователей, в США в течение следующих 20 лет будет утилизироваться более 720 000 тонн материала лопастей, и эта цифра не включает новые, более высокие версии с большей емкостью.

Вариантов утилизации или утилизации лопаток турбины не так много, и те варианты, которые существуют, стоят дорого, отчасти потому, что U.С. ветроэнергетика так молода. Это проблема с отходами, которая противоречит тому, что считается в отрасли: идеальное решение для экологов, стремящихся бороться с изменением климата, привлекательное вложение для таких компаний, как Budweiser и Hormel Foods, а также создание рабочих мест на Среднем Западе и Великих равнинах .

В конце длинной гравийной дороги на юго-западе прерии Небраски, первая ветряная электростанция штата, Kimball Wind Project, захвачена ветром. Но участок лома турбины больше похож на декорации научно-фантастической драмы.Роб Ван Влит забрался на лопасть турбины длиной 127 футов и прошел ее, как доска.

«Эти башни могут выдерживать до 150 000 фунтов и 250 футов в воздухе», — сказал Ван Влит. «Стойки из стали толщиной в полтора дюйма … так что они очень прочные».

Девяносто процентов деталей турбины могут быть переработаны или проданы, по словам Ван Влита, но лопасти, сделанные из прочной, но податливой смеси смолы и стекловолокна — аналогично тому, из чего сделаны детали космического корабля — это совсем другое дело.

«Лезвия бесполезны, потому что не имеют ценности», — сказал он.

Выведенные из эксплуатации лезвия также сложны и дороги в транспортировке. Они могут быть от 100 до 300 футов в длину, и их необходимо разрезать на месте, прежде чем вывозить их на специализированном оборудовании, которое стоит денег, на свалку.

Оказавшись там, сказал Ван Влит, размер лопастей может поставить мусорные свалки в трудное место.

«Если вы — небольшое коммунальное предприятие или муниципалитет, и внезапно сотни лопастей начинают приходить на вашу свалку, вы не хотите использовать свои мощности для местного муниципального мусора для лопастей ветряных турбин», — сказал он. добавление того, что разрешение на увеличение площади свалки добавляет еще один уровень расходов.

Эти старые ступицы ветряных турбин будут списаны. Кристина Стелла / Harvest Public Media скрыть подпись

переключить подпись Кристина Стелла / Harvest Public Media

Эти старые ступицы ветряных турбин будут списаны.

Кристина Стелла / Harvest Public Media

Синди Лангстром руководит проектом по утилизации лопастей турбины на муниципальной свалке в Каспер, Вайо. Хотя ее свалка — одна из немногих в штате, не говоря уже о всей территории США, на которой достаточно места для сбора отходов ветряных электростанций, сказала она Изначально долговечность лезвий была финансовым препятствием.

«Наше дробильное оборудование недостаточно велико, чтобы их раздавить», — сказала она.

Команда Лангстрома в конечном итоге решила разрезать лезвия на три части и вставить две меньшие части в третью, что было дешевле, чем аренда более мощных дробильных машин, которые обычно предназначены для добычи полезных ископаемых.

Карл Энглунд, исследователь и технический директор Global Fiberglass Solutions, сказал, что переработка лопаток турбин более регламентирована в странах, где ветроэнергетика существует уже несколько десятилетий. В Европейском союзе действуют правила обращения с отходами, поэтому некоторые европейские компании продают старые запчасти клиентам в Азии и Латинской Америке.

«[В Европе] земля в большом почете, и вы не можете выбрасывать вещи», — сказал он. «Так что вы должны это сделать».

Энглунд считает, что он нашел способ переработать лезвия, измельчив их до гранул размером с шоколадную крошку. Их можно использовать для настилов материалов, поддонов и трубопроводов. Его стартап открыл в этом году свой первый перерабатывающий завод в центральном Техасе и арендует второе помещение недалеко от Де-Мойна, штат Айова.

Ван Влит сказал, что поиск лучших способов вывода ветряных электростанций из эксплуатации будет сложной задачей, но когда дело доходит до решения надвигающейся проблемы отходов, «это то, что происходит, нравится нам это или нет, так что мы с таким же успехом приступим к делу. Это.»

Он изучает свой собственный способ уменьшить влияние отрасли на свалки в надежде, что переработка лезвий сможет распространиться в местной отрасли. Ван Влит считает, что для сельских районов, нуждающихся в экономическом подъеме, его риск утилизации просто может окупиться.

«В прерии не так много металлолома», — сказал он. «Идея состоит в том, чтобы разработать следующую технологию, иначе я бы не стал этим заниматься.

« Мы теряем деньги на каждом буксируемом лезвии ».

Видео: выведенные из эксплуатации лопасти ветряных турбин получают второе дыхание благодаря повторному использованию и переработке

[Изображение вверху] Ветряные турбины играют важную роль в возобновляемой энергии — можем ли мы сделать процесс вывода из эксплуатации лопастей столь же устойчивым? Предоставлено: Дэвид Кларк, Flickr (CC BY-NC-ND 2.0)

Как бы увлекательно ни было говорить о создании новых технологий, есть еще одна сторона производственного процесса, которую не менее важно учитывать — как утилизировать технологию по окончании ее жизненного цикла.

Общество, к сожалению, не очень хорошо справляется с этим последним шагом. Мы рассмотрели проблемы электронных и пластиковых отходов на CTT , и сегодня я хочу взглянуть на другой материал, который мы с трудом перерабатываем, — лопасти ветряных турбин.

Ветровые турбины служат в среднем 25 лет.Когда приходит время вывести турбину из эксплуатации, возникают проблемы с лопастями.

«Около 85% материалов компонентов турбины, таких как сталь, медная проволока, электроника и зубчатые передачи, могут быть переработаны или повторно использованы. Но лезвия отличаются, поскольку они сделаны из стекловолокна (композитного материала) », — поясняется в сообщении в блоге Союза обеспокоенных ученых. «Смешанная природа материала лезвия затрудняет отделение пластмассы от стекловолокна для переработки в пригодный для обработки стекловолоконный материал, а прочность, необходимая для лезвий, означает, что их также физически сложно сломать.”

В настоящее время подавляющее большинство лопаток турбин, которые достигают конца срока службы, либо хранятся в разных местах, либо вывозятся на свалки, потому что у них мало возможностей для переработки. Однако такой подход не является устойчивым, особенно если учесть количество материала, которое, как ожидается, будет выброшено в ближайшие годы. Лопатки турбины в среднем имеют длину около 50 метров (164 фута), размер которых, как ожидается, будет увеличиваться, и только в США ожидается вывод из эксплуатации около 8000 лопаток ежегодно в течение следующих четырех лет.

Многие компании начали исследовать способы устойчивого вывода лопаток турбин из эксплуатации. Например, стартап Global Fiberglass Solutions из штата Вашингтон разработал метод разрушения лезвий и прессования их в гранулы и древесноволокнистые плиты для использования в полах и стенах. Карл Энглунд, технический директор Global Fiberglass Solutions, обсудил этот процесс в презентации на Симпозиуме Объединенного центра аэрокосмических технологий в 2019 году.

Кредит: JCATI Video, YouTube

В декабре 2020 года GE Renewable Energy объявила о многолетнем соглашении с Veolia North America на разработку первого U.S. Программа утилизации лопастей ветряных турбин в своем роде, которая более подробно описана в видео ниже.

Кредит: Energy Live News, YouTube

Эти инициативы необходимы, но слом лопаток турбин и превращение их в новые продукты — не единственный способ их вторичной переработки. Как мы показали в прошлом году в нашей истории с бутылочным домиком, иногда продукты также можно повторно использовать в их нынешнем виде. И переделать лопасти ветряных турбин в их нынешнюю форму — цель исследователей из Технологического института Корка в Корке, Ирландия.

Их проект Re-Wind, который поддерживается учеными из Королевского университета Белфаста (Северная Ирландия) и Технологического института Джорджии (США), направлен на перепрофилирование лопастей ветряных турбин для различных проектов гражданского строительства. Сотрудничество исследовало возможность перепрофилирования лопастей ветряных турбин с 2016 года, и в этом году они собираются представить свои первые две крупномасштабные демонстрации для проверки потенциала.

Первая демонстрация включает строительство пешеходного моста в Ирландии с использованием двух лопастей ветряных турбин в качестве замены стальных балок, которые являются основными горизонтальными опорами.Компания Everun, занимающаяся наземным ветроуправлением, пожертвовала проекту две выведенные из эксплуатации лопасти в декабре прошлого года, и сотрудники Re-Wind рассчитывают завершить строительство моста к маю и установить его в июне.

Вторая демонстрация, названная «Полюс лопастей», является результатом сотрудничества с электроэнергетической компанией с целью перепрофилирования ветряных лопастей в большие высоковольтные опоры электропередачи.