Vid den senaste " China Offshore Wind Power Engineering Technology Conference hölls ett huvudanförande av chefen för offshore-produktlinjen. Han betonade att de nuvarande flaskhalsarna i Kinas havsbaserade vindkraftverk ligger i bladen och ramlagren. Med tanke på den höga efterfrågan på havsbaserade vindkraftverk är det avgörande för tillverkare att fokusera på att tillhandahålla lösningar som säkerställer investeringsavkastning baserat på tillgängliga leveranskedjor, och därmed stöder den hållbara utvecklingen av havsbaserad vindkraft i Kina.

Utvecklingsresa för vindturbinblad

Utvecklingen av vindkraftverksblad i Europa och Kina granskades. Mellan 1991 och 2015 följde Kina efter vad gäller turbineffekt och bladstorlek. År 2017 hade Kina dock utvecklat ett vindkraftverk med en diameter på 171 meter, vilket översteg Europas 164 meter. År 2019 introducerade både Europa och USA ännu större turbiner med en diameter på 220 meter. Denna paritet i turbinstorlek innebär att Kina och Europa nu ligger på en liknande nivå när det gäller utveckling av havsbaserade vindkraftverk.

Utmaningar och innovationer inom vindkraft

Enligt en välrenommerad global vetenskapstidskrift står vindkraftssektorn inför betydande utmaningar inom aerodynamik, strukturdynamik och hydrodynamik i takt med att havsbaserade vindkraftverk ökar i storlek. Forskningen inom dessa grundläggande vetenskapliga områden har inte hållit jämna steg med de växande turbindiametrarna. Till skillnad från flygindustrin, som inte ens efter ett sekel har sett flygplans vingspann överstiga 80 meter, har vindkraftsindustrin på mindre än fyra decennier nått turbindiametrar på 200 meter.

Vikten av gradvisa framsteg inom ingenjörskonst och teknologiska framsteg betonades. Ökad bladlängd kräver genombrott inom material och tillverkningsteknik. Att enbart förlita sig på befintlig teknik för att öka bladstorleken är inte tillräckligt för att stödja vidareutvecklingen av havsbaserad vindkraft.

Behovet av kolfiberslöjmaterial

För att stödja längre havsbaserade blad måste industrin ge sig in i det okända territoriet för kolfiberslöjor. Denna övergång speglar situationen för ett decennium sedan då Kina var tvunget att licensiera bladdesigner från europeiska företag, med kärnmaterial och utrustning hämtade från tyska eller japanska företag. Stora investeringar i gjutformar, långa tidslinjer och omogen processteknik komplicerar ytterligare utvecklingen, vilket gör bearbetningseffektiviteten för överdimensionerade blad betydligt lägre än för vanliga blad, med 3–4 gånger. Detta utgör en stor flaskhals för att säkerställa projektets lönsamhet under nuvarande scenarier för storskaliga havsbaserade vindkraftsinstallationer i Kina. Kolfiberslöjor är avgörande för nästa generations vindkraftverk och tillgodoser både behovet av styrka och lätta egenskaper.

Utmaningar i huvudlagerleveranskedjan

Ramlagret är ytterligare en flaskhals, som härrör från designutmaningar, problem i leveranskedjan och komplexa installationer. Specifikt står leveranskedjan för stora offshore-turbiners ramlager inför tre viktiga utmaningar:

1. Huvudlagerringens diameter överstiger ofta 2 meter, vilket överträffar kapaciteten hos de flesta tillgängliga verktygsmaskiner.

2. Det finns bara två vanliga leverantörer, vilket kräver kapacitetsreservationer minst ett år i förväg.

3. Inhemska leverantörer saknar för närvarande design- och bearbetningskapacitet för så stora lager.

   
   

Lösningar och innovationer inom lagerteknik

Användningen av dubbel SRB-teknik för ramlagerkonfigurationer säkerställer stöd för 5–6 MW-turbiner med en diameter inom 1,5 meter. Denna lösning, som stöds av en robust global leveranskedja, möjliggör lokala leverantörers engagemang i design och produktion. Däremot står tekniker som kräver större diametrar, såsom dubbel TRB och DRTRB, inför betydande kapacitets- och effektivitetsutmaningar.

Optimering av havsbaserade vindkraftverks prestanda

Trots utmaningarna är företaget fortsatt övertygat om att kunna erbjuda lösningar för havsbaserad vindkraft som ger positiv avkastning på investeringar. En omfattande karta över den utjämnade energikostnaden (LCOE) för Kinas havsbaserade vindkraftsparker skapades, vilket vägleder definitionen av turbiner och hjälper utvecklare att identifiera lönsamma projekt. Fokus ligger inte på turbinkapacitet utan på LCOE, där kraftproduktion är den viktigaste faktorn.

Regionala anpassningar och LCOE-känslighetsanalys

Olika regioner kräver varierande kombinationer av turbineffekt och rotordiameter för att optimera LCOE. Företaget genomförde LCOE-känslighetsanalyser för områden med hög vind som Fujian, områden med låg vind som Guangxi och områden med medellåg vind som Zhejiang. Resultaten tyder på att turbiner på 6–8 MW är optimala för scenarier med hög vind, medan turbiner på 4–6 MW är bäst för scenarier med låg till medellåg vind. Lägre vindhastigheter kräver större rotordiametrar och vice versa. Användningen av kolfiberslöja i dessa turbiner är avgörande för att uppnå önskad prestanda och effektivitet.

Att hantera kölvattenförluster i havsbaserade vindkraftsparker

Kinas havsbaserade vindkraftsparker står inför större vakförluster än europeiska motsvarigheter på grund av tätare layouter, lägre vindhastigheter och mer stabila atmosfärer. En utvärdering av nästan 1,5 GW havsbaserad turbinkapacitet visade att de initiala uppskattningarna av vakförluster var cirka 2 % för låga. Ansträngningar att minska vakförlusterna genom gruppbaserad vakkontrollteknik har resulterat i en ökning av kraftproduktionen med 3–4 %. I takt med att havsbaserade vindkraftsparker blir tätare blir värdet av gruppbaserad vakkontrollteknik allt viktigare. Implementering av kolfiberslöja i bladdesignen förbättrar inte bara prestandan utan mildrar också effekten av vakförluster.