В рамках данной обзорной статьи рассматривается первый в мире оффшорный ветрогенератор с телескопической башней, его основные отличии от других ветрогенераторов, а также пути дальнейшего развития.
Ключевые слова: ветрогенератор, телескопическая башня, возобновляемые источники энергии, технология ELISA.
Ветроэнергетика — это одна из наиболее интересных и инновационных сфер в области возобновляемой энергетики. Ветрогенераторы, которые располагаются вдалеке от побережья, имеют во многом такие же преимущества что и береговые аналоги. Они производят возобновляемую энергию, создают рабочие места, не требуют использования воды и не производят газы, способствующие усилению парникового эффекта. Но у них есть и другие преимущества, например, это тот факт, что скорость ветра там быстрее и стабильнее чем на земле. Это приводит к более высокой и надёжной генерации электрической энергии. С другой стороны, имеются и значительные недостатки. Так как такие станции находятся в открытом море, то их установка и техническое обслуживание происходят с большими трудовыми и финансовыми затратами.
Нововведением в ветрогенерирующей энергетике является телескопический ветрогенератор. Эта новаторская работа была проведена проектом ELICAN в рамках финансирования Евросоюзом [5]. Проект был запущен в 2016 году, а после полутора лет разработки революционная система ветрогенератора с телескопической башней была установлена недалеко от Канарских островов.
Турбина мощность 5 МВт — это первая оффшорная ветровая турбина в южной Европе, а также первая ветровая станция в мире, которая установлена без помощи тяжелогрузного судна. В мире, конечно же, имеются аналоги с телескопической башней [1,3], но основное отличие этого проекта — это то, что мощность турбины гораздо более высокая, чем у существующих аналогов. Она имеет плавучий гравитационный фундамент и самовыдвигающуюся телескопическую башню. Оба компонента состоят из бетона, устойчивого материала относительно морской среды и являющегося одним из экономичных элементов этой инновационной конструкции.
При проектировании данной конструкции была использована технология ELISA [2], направленная на решение технических и логистический задач, таких как перемещение мощных турбин на значительную глубину и сокращение расходов на транспортировку. Далее мы рассмотрим две основные характеристики рассматриваемой системы:
1. Примечательно, что центр тяжести находится на самой верхней точке системы, где располагается турбина. Именно это делает станции такого типа мало устойчивой. Самоподъемная телескопическая башня обладает способностью уменьшить влияние центра тяжести всей системы во время установки, что является значительным преимуществом подобных систем.
Классическая телескопическая конструкция состоит из трубчатых элементов — мачт. Каждая внутренняя мачта обладает меньшим диаметром, чем наружная. Это сделано для того, чтобы обеспечить сложение и раздвижение башни. Мачты связаны за счет муфт. Раздвижение и сложение башни происходит за счет автоматизированной системы, управление осуществляется дистанционно.
Рис. 1. Конструкция телескопической башни
2. Фундамент, который также обладает вышеописанной способностью, может временно действовать как плавучая баржа. Это обеспечивает уменьшение трудозатрат на транспортировку, так как фундамент может быть просто отбуксирован до места назначения.
Рис. 2. Этапы создания телескопического ветрогенератора
На рисунке 2 приведены основные этапы создания полноценной телескопического ветрогенератора: производство, транспортировка, балластировка, выдвижение и работа.
К основным преимуществам данной систему над другими можно отнести следующее: новая технология снижают выработку углекислого газа, что приводит к уменьшению углеродного следа на 30 %. В свою очередь это сократит финансовые затраты на 35 % по сравнению с традиционными процессами.
Ещё одним преимуществом является тот факт, что данная система может быть использована для поддержки установок с большими системами и на больших глубинах.
Дальнейшее развитие. Данная концепция может быть перенесена также и на более мощные ветрогенераторы. Планируется разработка ещё 3–5 площадок, подобных этой. Текущая концептуальная работа будет сделана также на базе действующих коммерческих ветряных электростанций, но не ранее чем к 2024 году. Производители предполагают изготовление и установку турбин мощностью до 12 МВт, дальнейшее техническое усовершенствование, а также скорый выход на рынок.
Литература:
- Antonio Pontano, Nicola Montinaro, Tullio Tucciarelli, Antonio Mancino. Design of a telescopic tower for wind energy production with reduced environmental impact. — International Journal of Precision Engineering and Manufactoring-Green Technology, April 2019.
- «The ELISA project», Web-страница. SUBSTRUCTURE TECHNOLOGY FOR OFFSHORE WIND TURBINES (2017) — https://esteyco.com/projects/elisa/elisa.html
- Sundin E. «Telescopic Mast», US Patent 4580377
- Кирпичникова, И. М. Iterative Approach in Design and Development of Vertical Axis Wind Turbines / И. М. Кирпичникова, Е. В. Соломин, А. С. Мартьянов //Applied Mechanics and Materials. Energy Systems, Materials and Designing in Mechanical Engineering Collection of selected, peer reviewed papers from the International Conference for Young Scientists “ELECTRICAL ENGINEERING. ELECTROTECHNOLOGY. ENERGY”, June 9–12, 2015.–2015.– C.582–589
- «Weltweit erste Teleskop-Windkraftanlage auf den Kanarischen Inseln installiert», Web-страница. Europäische Kommission. CORDIS. Fortschungsergebnisse der EU. (2 November 2018) — https://cordis.europa.eu/article/id/124232-worlds-first-telescopic-wind-turbine-installed-in-the-canary-islands/de
- Abu-Hamdeh, N. H., & Almitani, K. H. (2017). Construction and numerical analysis of a collapsible vertical axis wind turbine. Energy Conversion and Management, 151, 400–413.
- Backup Mechanical Brake System of the Wind Turbine / Sirotkin, E.A //Journal of Physics: Conference Series.–2018.–Vol. 944
