Nghiên cứu đánh giá làm thế nào để phá vỡ rào cản đối với lưỡi tuabin gió siêu lớn

Việc chuyển sang các cánh tuabin gió dài hơn dần dần đã là một xu hướng lâu dài trong ngành và đã giúp giảm chi phí năng lượng gió. Nhưng nếu không có sự đổi mới bổ sung, các thách thức về giao thông có thể hạn chế các cơ hội phát triển lưỡi tiếp theo.

Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley đã hợp tác với DNV GL Energy USA, Inc. (DNV GL) để nghiên cứu các lựa chọn thiết kế, sản xuất và vận chuyển chính để phát triển lâu dài, những chiếc lưỡi dao siêu tốc dùng cho năng lượng gió trên đất liền cạnh tranh và để thông báo ưu tiên DOE cơ hội R & D tiềm năng. Những lưỡi dao lớn hơn này giúp tăng khả năng thu năng lượng, có khả năng giảm chi phí chung cho năng lượng gió trên toàn quốc và mở ra các địa điểm có tốc độ gió thấp hơn để phát triển tiềm năng.

Các học tập trung vào các cánh quạt có chiều dài từ 75 đến 115 mét (m), so với mức trung bình hiện tại của Hoa Kỳ là 55 m đối với các dự án gió mới được lắp đặt. Hiện tại, lưỡi dao dài tới 67 m có thể được vận chuyển qua đường sắt và đường bộ bằng các phương thức vận chuyển điển hình.

Dựa trên đầu vào được DOE thu thập trong một hội thảo và thông qua yêu cầu thông tin công khai, các nhà nghiên cứu đã phân tích bốn con đường thiết kế, sản xuất và vận chuyển sáng tạo có thể cho phép các lưỡi dao siêu lớn này:

• Vận chuyển đường sắt và xe tải của các lưỡi đầy đủ, với chiều dài lưỡi dài hơn, bao gồm cả việc uốn cong có kiểm soát của lưỡi dao
• Vận chuyển hàng không đầy đủ cánh quạt với khí cầu hàng hóa nhẹ hơn không khí
• Vận chuyển đường sắt và xe tải truyền thống của các lưỡi cắt được phân đoạn với lắp ráp tại chỗ
• Sản xuất đầy đủ tại chỗ của lưỡi hoàn chỉnh.

Dựa trên dữ liệu có sẵn và hai vị trí dự án giả định, mỗi con đường được đánh giá định lượng, ước tính chi phí của các lưỡi dao được giao (xem xét chi phí của thiết bị và vận chuyển) và sự đóng góp của các cánh quạt vào chi phí năng lượng gió ở cấp độ hệ thống (LCOE) . Sự đánh đổi liên quan đến sự sẵn sàng thương mại và độ rộng địa lý của khả năng áp dụng cũng đã được thảo luận.

Các kết quả phân tích được tóm tắt trong hình cho thấy rằng việc sử dụng khí cầu chở hàng nhẹ hơn không khí hoặc uốn lưỡi có kiểm soát (nghĩa là uốn lưỡi để điều hướng các đường cong) trong vận chuyển đường sắt có thể hứa hẹn nhất là cung cấp các lưỡi dao siêu lớn đến các vị trí dự án tại một hệ thống tổng thể trung tính hoặc giảm LCOE. Bởi vì khí cầu nhẹ hơn không khí chưa có sẵn trên thị trường, nên việc phân tích tùy chọn đó chỉ mang tính đầu cơ. Ngoài ra, việc vận chuyển đường ray với lưỡi uốn uốn được yêu cầu cho vận chuyển đường sắt với độ dài lưỡi cắt ở đầu cao hơn của đường quang phổ vẫn chưa được thử, và cũng có những hạn chế về địa lý về khả năng có thể tồn tại.

Trong khi các con đường khác nghiên cứu tăng LCOE liên quan đến lưỡi, yêu cầu giảm chi phí ở các khía cạnh khác của hệ thống gió để giảm tổng LCOE, các lưỡi được phân đoạn cung cấp khả năng duy nhất để triển khai các lưỡi siêu lớn trên toàn bộ Hoa Kỳ. Ngoài ra, các nhà sản xuất tuabin đã có một số kinh nghiệm với giải pháp này. Trong khi đó, việc sản xuất lưỡi tại chỗ (di động) phải đối mặt với những thách thức như việc sử dụng thiết bị thấp và chi phí cũng như sự phức tạp của việc vận hành và vận hành các nhà máy sản xuất di động.

Dựa trên nghiên cứu, hiểu biết sâu sắc về ngành và làm quen với năng lực phòng thí nghiệm quốc gia, DNV GL đã xác định một số hoạt động R & D có thể đóng góp có giá trị cho sự phát triển khả thi của lưỡi dao siêu lớn. Những khuyến nghị này đang được đưa vào dự án multiyear đa năng do DOE tài trợ để đánh giá và ưu tiên công nghệ cần thiết để phát triển một tuabin 5 MW chạy trên mặt đất cạnh tranh với chi phí dài 100 mét.