Нови технологични и конструктивни решения при вятърните турбини

ВЕИ енергетикaТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 3, 2011

Преглед на последните модели вятърни турбини на водещи световни производители

Динамичното развитие на ветроенергийния сектор стимулира непрекъснатото разработване на иновативни решения, оптимизиращи работата на вятърните турбини и тяхната ефективност. Като цяло, тенденциите са насочени към увеличаване на диаметъра на роторите, някои от които вече достигат над 160 метра, подобрения в конструкцията на ротора и генератора, усъвършенстване на системите за следене на метеорологичните условия и функционалните характеристики на вятърните централи, намаляване на емитирания шум и създаване на все по-устойчиви материали за изработката на отделните компоненти.

В настоящия материал представяме най-актуалните модели вятърни турбини на лидерите в бранша, подредени в азбучен ред.

AW-3000 на Acciona

Сред последните разработки на испанската фирма Acciona е вятърната турбина AW-3000, резултат от опитите на производителя да предложи високоефективна турбина на по-ниска цена, която да е подходяща едновременно за приложения на сушата и в морето. В турбината е интегрирана нова система за преобразуване и контрол на енергията, която подобрява нейното качество и снижава цената на електроенергията, доставена от мрежата. Сред останалите технологични нововъведения се открояват: генерирано средно напрежение 12 kV, променлива скорост на ротора, независимо управление на стъпката на всяка лопатка и двойна носеща рама за основния вал, която намалява натоварването върху редуктора. Турбината разполага и със система за предсказващо управление, базирана на вградени сензори във всички ключови компоненти, която подпомага поддръжката и сервизирането на оборудването. Номиналната мощност на AW-3000 е 3000 kW; необходимата скорост на вятъра за привеждане в движение на ротора е 11.7 м/сек., а за изключване - 4.0 м/сек. Като пределна скорост на вятъра, при която турбината се изключва, производителите посочват 25.0 м/сек. Диаметърът на ротора, който се състои от три лопатки, е 100,06 m, а скоростта му - 14.2 об/мин. Изработен е от пластмаса, подсилена с въглеродни нишки.

ECO 100 на Alstom

Платформата ECO 100 надгражда успешната серия ECO 80 на Alstom, като разширява възможностите за производство на електроенергия и инсталация на турбините. Според компанията, една ECO 100 турбина може да покрива нуждите от електричество на 2000 домакинства и да спестява около 7000 тона въглеродни емисии годишно. Високата ефективност и ниски шумови нива дават възможност турбините от серията да се инсталират почти навсякъде, където температурите са в допустими граници от -10 до +40 °С. Тримегаватовите турбини са с диаметър на ротора 100 м и площ на роторната повърхнина 7980 м2. Скоростта на ротора е от 7,94 до 14,3 об./мин.

Интегрираната технология Alstom Pure Torque оптимизира предаването на въртящия момент към ротора, предпазвайки компонентите на задвижването от неблагоприятното странично въздействие на силните ветрове върху турбината. Нова концепция е заложена и при конструкцията на гондолата. Тя е изработена от три независими конструктивни елемента, които улесняват монтажа и поддръжката на системата. Турбините са съвместими с повечето световни стандарти за свързване към електроразпределителната мрежа. Локалният и отдалечен мониторинг и контрол над работните параметри и компонентите на турбината се осъществява чрез SCADA система.

D9.0 на DeWind

Вятърната турбина D9.0 на немската компания DeWind се отличава с ефективна работа при изключително ниски скорости на вятъра – под 3 м/сек. В конструктивно отношение турбината се характеризира с тристепенен редуктор, чрез който 93-метровият ротор задвижва индукционен генератор с навит ротор . Генераторът е съгласуван с преобразувателя, с цел подаване на възможно най-качествена енергия към мрежата. Конверторът е реализиран с иновативна IGBT технология, която повишава качеството на електроенергията и поддържа стабилността на напрежението в мрежата. Турбината разполага с хидравлично задвижвана система за управление на ъгъла на роторните лопатки, при която всяка една от тях е снабдена с отделен цилиндър. Лопатките са изработени от високотехнологичен хибриднен композитен материал, изработен от карбонови и стъклени нишки в епоксидна смола. Турбината е оборудвана със съвременна система за отдалечен мониторинг и диагностика eOS SCADA.

D9.0 е оборудвана и със специална система за управление на емисиите от шум по предварително зададени от потребителя критерии като посока на вятъра, скорост на вятъра или точно време. Интелигентната система за контрол работи във взаимодействие с турбинната система за управление на захранването и по този начин гарантира максимално производство на енергия при спазване нормираните от местното законодателство нива на шум.

E-101 на Enercon

Сред новите предложения на немската компания Enercon е турбината E-101 с номинална мощност 3000 kW. Диаметърът на трите роторни лопатки е 101 м, а площта на роторната повърхнина - 8012 м2. Лопатките са изработени от епоксидна смола и имат интегрирана мълниезащита. Всяка от тях е снабдена с индивидуална система за ориентация на ъгъла спрямо посоката на вятъра, подсигурена с резервно захранване. Работният интервал на ротора е от 4 до 14.5 об./мин. Пределната скорост на вятъра, при която турбината се изключва, е 28 - 34 м/сек. Допълнителна защита при извънредни метеорологични условия предоставя системата „storm control” на Enercon. Гъвкава система за управление позволява оптимизация на производствените нива и отдалечен мониторинг (ENERCON SCADA). E-101 е предназначена за обекти с ветрови режими клас IEC/NVN IIA, характеризиращи се със средни скорости на ветропотока и клас на турболенция 18%. Турбината се предлага във варианти с височина на кулата 99 и 135 м.

FL 3000 на Fuhrlaender

Немската компания Fuhrlaender разшири мегаватовия си клас турбини с новата серия FL 3000, предназначена за обекти със средни ветрови скорости. Турбината притежава иновативна задвижваща система “HybridDrive”, разработка на фирма Winergy. Системата е комбинация от две планетарни предавки и синхронен генератор в едно тяло и за първи път се вгражда в FL 3000 на Fuhrlaender. Предавателното съотношение е 1:43. Задвижването се допълва от честотен преобразувател. Новата концепция има за цел да повиши сигурността на оборудването и да оптимизира работата на турбината.

Освен с иновативни предавателни механими, турбината се отличава и със 120-метров диаметър на роторните лопатки и площ на роторната повърхност 11 390 м2. Работният интервал на ротора е от 5,6 до 14,8 об./мин. Сред останалите характеристики на турбината са генератор с постоянни магнити, номинално трифазно напрежение 690 V, честота - 36 до 95 Hz и охлаждане с воден кожух с вътрешна циркулация на въздуха.

Номиналната мощност на турбината е 3 MW. Включва се при минимална скорост на вятъра 3 м/сек. и преустановява работа при 25 м/сек. Конструкцията й е устойчива на скорости на вятъра до 59,5 м/сек.

G136 на Gamesa

Наскоро Gamesa представи 4,5–мегаватовата турбина G136, специално разработена за приложения с ниски скорости на вятъра. Турбината е разработена в съответствие с доказаните конструктивни традиции на предходните модели G128-4.5 MW Class IIA, които снижават себестойността на произведената електроенергия и улесняват транспортирането и асемблирането на съоръжението. Диаметърът на роторните лопатки е 136 м, а височината на кулата – 120 м. Площта на роторната повърхнина е 14 527 м2, с 13% повече от тази на серията G128, което увеличава количеството на годишно произведената енергия с 8%.

В дизайна и окомплектовката на турбината са интегрирани всички иновативни технологии на Gamesa, разработени за серията G10X-4.5 MW (Innoblade, Multismart, ConcreTower, CompacTrain, GridMate и FlexiFit). Технологията FlexiFit е фокусирана върху самостоятелния монтаж на гондолата от автопилотиран кран. G136 се очаква да се появи на пазара през следващата година.

1.6-100 на General Electric

При технологичната разработката на новата турбина 1,6-100, GE поставят основен акцент върху ефективността. Според тях, технологията е в състояние да постигне оперативната ефективност на турбина, работеща в условия IEC Type Class II (оптимизирана мощност), докато всъщност оперира в класа условия на ниски ветрови скорости (Type Class III). Моделът 1,6-100 комбинира доказаната ефективност на 1,5–мегаватовата серия на GE с високотехнологичните компоненти на 2.5-100 вятърните турбини. С роторни лопатки, които се простират на дължина 100 метра, 1.6-100 има възможност за улавяне на допълнителна енергия, което я прави подходяща за вятърни паркове в различни климатични зони. Според създателите от GE, турбината е проектирана да отговори на нарастващите изисквания на клиентите за по-голяма ефективност, надеждност и мощност на мегават-клас вятърните турбини, а с нарастването на диаметъра на ротора, технологията предлага най-голям капацитивен фактор в своя клас.

Вятърните турбини 1.6-100 предлагат 47-процентно увеличение в площта на роторната повърхнина в сравнение с предишните модели, което води до 19% увеличение в годишното производство на енергия при скорост на вятъра 7,5 метра в секунда.

AV 928 на Hyundai Heavy Industries

В AV 928 южнокорейците от Hyundai Heavy Industries влагат няколко иновативни технологии, оптимизиращи работата на турбината, повишаващи сигурността й и улесняващи нейната поддръжка. Сред тях са уникална конструкция на главината, която позволява директен достъп от кабината за по-лесна и безопасна поддръжка на съоръжението; специална система за управление на отклоненията на ротора; гъвкави съединители; различни нива на контрол и др.

Турбината се характеризира с устойчив и опростен дизайн на компонентите и се предлага в различни конструктивни решения, съобразно условията на експлоатация.

Номиналната мощност на AV 928 е 2,500 kW. Диаметърът на ротора е 92 м, а номиналната му работна скорост – 16 об/мин. Турбината се задейства при минимална скорост на вятъра 3 м/сек. и се изключва при стойности от 25 м/сек. Снабдена е със синхронен генератор с постоянен магнит с честота 50/60 Hz. Сигурността на съоръжението се обезпечава със системи за защита от мълнии и специална защитна система, която предпазва устройството от повреди по време на работа.

N117 на Nordex

Серията N117 предлага няколко технологични новости, насочени към дизайна на турбината, системите за обезопасяване на съоръжението при неблагоприятни климатични условия, транспорта, инсталацията и др. Турбината е разработена за места с нисък ветрови потенциал.

Роторният диаметър е 117 м, а площта на роторната повърхнина – 10 715 м2. В районите, характеризиращи се с ниски скорости на вятъра, капацитетът на турбината е 3500 часа пълно натоварване. За оптимизиране на производството се използва специална система за контрол на ъгъла на роторните лопатки. Роторът с променлива скорост на въртене намалява аеродинамичните ефекти и натоварването върху системата. При необходимост, всяка от роторните лопатки може да се заключи във всяко положение с помощта на иновативна система, която улеснява обслужването. Генераторът на турбината е асинхронен с навит ротор, което според производителите е допълнително предимство, тъй като само 25-30% от произведената енергия преминава през честотен преобразувател, преди да захрани електроразпределителната мрежа. Редукторът, генераторът и преобразувателят на турбината имат независими активни системи за охлаждане. Охладителната система за генератора и честотния преобразувател работи с вода, докато предавателната кутия се охлажда с масло. Това осигурява оптимални условия на работа във всички климатични условия. Турбината е снабдена с възможност за отдалечен мониторинг на работните параметри през ISDN връзка. Нивото на генериран шум е 105 децибела, което позволява инсталация в близост до населени места.

PowerWind 100

Немската компания PowerWind предлага на пазара вятърна турбина с оптимизирана механична концепция и съвременна електроника. Турбината е с диаметър на ротора 100 м и е предназначена за зони, характеризиращи се с нисък ветрови потенциал (IEC вятър клас IIIA). Номиналната й мощност е 2500 kW. Лопатките се отличават с аеродинамично оптимизиран профил, който повишава ефективността на производство на енергия. Иновативна концепция за защита на предавателния механизъм го предпазва от високи натоварвания. Оптималните нива на натоварване и трансфер на потока са обезпечени с два основни лагера и устойчива на деформации рамка на машината. Гладкото функциониране на PowerWind 100 дори при неблагоприятни климатични условия (-20 до +40 °С) се подсигурява с усъвършенствана система за охлаждане. Системата се базира на три самостоятелно функциониращи охлаждащи кръга за предавателния механизъм, генератора и преобразувателя. Генераторът на турбината е синхронен с постоянен магнит. Работните характеристики и състоянието на оборудването на PowerWind 100 могат да се мониторират дистанционно чрез SCADA система.

3.2M114 на REpower Systems AG

С 3.2M114 Repower продължава тенденцията към увеличаване на височината на кулата с всеки следващ модел. Тримегаватовата турбина за места с ниски скорости на вятъра е висока 143 м. Диаметърът на ротора й е 114 м, което увеличава производителността на турбината с 10%. Турбината е част от серията 3.XM, представена за първи път на пазара преди три години, в която предходният модел турбина е с 128–метрова бетонова кула. Според производителите, по-високите турбини предоставят възможност за производство на електроенергия от места с неоползотворен досега потенциал като хълмисти терени и залесени райони.

Технологичен напредък е постигнат и по отношение на системите за дистанционен мониторинг на турбината и системите за следене на метеорологичните условия.

SWT-6.0-120 на Siemens

Сектор Енергетика на Siemens наскоро представи първата си 6-мегаватова вятърна турбина за офшорни паркове. SWT-6.0-120 е с диаметър на ротора 120 м и използва иновативната технология на Siemens за директно управление, доказала своята ефективност в два предишни модела на компанията. Корпусът за поместване на двигателя и ротора на турбината са с общо тегло по-малко от 350 тона, което поставя нов стандарт за ниско тегло на големите машини в морето, резултат от целеви иновации, съчетани с над 30-годишен опит в изграждането на съоръжения за енергия от вятъра, твърдят от компанията. Според производителите, ниското тегло на турбината ще допринесе за значителното намаляване на разхода на енергия на вятърните централи в морето и ще повлияе положително върху разходите на самата турбина и цялата структура на съоръжението.

Турбината SWT-6.0-120 е разработена специално за проекти за изграждане на вятърни централи в морето и използва няколко ключови технологии на Siemens, включително доказаните перки B58 и системите за диагностициране, чрез които се намалява рискът за клиентите и се осигурява максимална надеждност. Характерна особеност е платформата за хеликоптери, интегрирана в задната част на корпуса за поместване на двигателя, която позволява лесен и безопасен достъп на обслужващите техници.

SL6000 на Sinovel Wind Group

Последното технологично постижение на китайската компания Sinovel е 6-мегаватовата серия турбини SL6000 за сухоземни, крайбрежни и офшорни приложения. С диаметър на роторните перки 128 м, SL6000 се отличава с подобрена ефективност при преобразуването на вятърната енергия в електрическа. Производителите се надяват първата изцяло китайска 6-мегаватова турбина да ускори развитието на офшорните вятърни мощности в страната, тъй като допреди няколко години пазарът е разчитал изцяло на турбини внос от Европа. В момента Sinovel разработва 10-мегаватова вятърна турбина.

S95 на Suzlon Energy Limited

Индийската компания Suzlon Energy Limited също направи сериозна заявка за участие на пазара на турбини, предназначени за райони с умерени до ниски скорости на вятъра. Серията S9X, която отскоро е на пазара, е 2-мегаватова, с варианти за диаметър на ротора - 95 или 97 м. Технологията на преобразуване се базира на асинхронен генератор с навит ротор, чиято конструкция позволява лесно обслужване и отговаря на най-новите изисквания за плавно свързване на вятърния парк с мрежата. Ротороните лопатки са с нов дизайн, което увеличава производството на електроенергия при ниски скорости на вятъра. За да гарантира най-висок стандарт при производството им, компанията извършва тестове чрез симулация на целия жизнен цикъл на лопатките (1 милион цикъла) в най-екстремни условия на място. Допълнителни подобрения са направени в системите за контрол на ъгъла на лопатките и надеждността на съоръжението. Турбината се предлага във варианти с височина на кулата 90 и 100 м.

V164 на Vestas

Най-новото предложение в гамата на датския производител Vestas е 7-мегаватовата офшорна вятърна турбина с диаметър на роторните лопатки 164 м. Турбината е предвидена специално за суровите условия и силните ветрове на Северно море. Площта на роторната повърхност на V164 е 21 124 м2. Турбината се задейства при минимална скорост на вятъра 4 м/сек. Скоростта на ротора е между 4,8 - 12,1 об./мин., като номиналната е 10,5 об./мин. Турбината оперира безпроблемно в температурен диапазон от -10 до +25 °С, а при екстремни условия може да работи при температури от -15 до +35 °С. Електрическите й параметри са: честота 50Hz, генератор с постоянен магнит, номинално напрежение – 33-35 kV и 66 kV. Всяка от роторните лопатки е дълга 80 м и тежи 35 тона. Освен с впечатляващи размери, турбината се отличава и с голям брой иновативни технически характеристики, които подобряват оперативната й ефективност. Според Vestas, първите прототипи на V164-7.0 MW ще бъдат готови до края на 2012 г. Очаква се серийното им производство да започне през 2015 г.





Top