Ветровые электростанции для циклонных зон: новые стандарты и конструкции

Конструкция и стандарты ветряных турбин были разработаны с учетом сегодняшних основных рынков Европы и Северной Америки. Тем не менее, ожидается, что основная часть будущих рынков будет находиться в географических районах, где метеорологические и экологические условия намного более экстремальные. Вспомните циклоны, сильный дождь и молнии. По оценкам IRENA, к 2050 году Азия будет лидировать в наземных ветряных установках, причем более половины общей установленной глобальной мощности (> 2600 ГВт). Алессандра Сальгадо, Майкл Тейлор и Франсиско Боселл из IRENA объясняют, как новые стандарты, испытания, сертификация и техническое обслуживание могут справиться с новыми условиями. Необходимо учитывать индивидуальную высоту ступиц и размеры ротора, усиленные опоры и фундаменты, усовершенствованные системы управления и поддержки ветряных турбин, улучшенное прогнозирование погоды и пересмотр страховых полисов. Кроме того, операторы фермерских хозяйств, производители и операторы сетей должны согласовать новые рабочие процедуры, подходящие для удовлетворения их конкретных погодных условий.

Внедрение ветроэнергетики распространилось почти в 140 странах благодаря богатому ресурсному потенциалу, снижению затрат и повышению производительности, что делает ветроэнергетику конкурентоспособным источником электроэнергии. В конце 2018 года на долю ветровой энергии приходилось около 23% — 550 ГВт от общей совокупной установленной мощности возобновляемой энергии, причем более 50 ГВт добавилось только в 2018 году. Ожидается, что эта зрелая и конкурентоспособная технология сыграет важную роль в декарбонизации энергетического сектора. Анализ Международного агентства по возобновляемой энергии (IRENA) подчеркивает, что к 2050 году развертывание ветроэнергетики может возрасти до более чем 6000 ГВт установленной мощности в сценарии, где мир добивается цели Парижского соглашения.

Это делает важным проверку соответствия проектных стандартов, процессов испытаний и сертификации разнообразным метеорологическим и экологическим условиям, с которыми столкнутся ветровые проекты на новых и все более важных рынках за пределами Европы и Северной Америки. Для здорового и быстрорастущего рынка крайне важно обеспечить, чтобы технологии ветроэнергетики, конструкция ветровой рамы и методы эксплуатации и технического обслуживания (O&M) гарантировали, что различные погодные условия не влияют отрицательно на производительность и долговечность технологии.

Ветровые электростанции в циклонных зонах

Например, в связи со сдвигом в развертывании в Азии и Латинской Америке, в частности, ветряные электростанции все чаще подвергаются воздействию тропических циклонов, которые относятся к числу наиболее интенсивных и разрушительных типов штормов в мире. Они формируются над тропическими океанами, включая тропический Северный Тихий и Южный Тихий океан, тропическую Северную Атлантику и Карибское море. В условиях тропических циклонов ветряные турбины подвергаются сочетанию рисков, вызванных сочетанием высокоскоростного ветра, осадков, молний и, возможно, града.

Дополнительным осложнением является то, что изменение климата может привести к увеличению частоты таких разрушительных погодных условий и почти наверняка даже сегодня способствует их большей интенсивности. В 2018 г. число тропических циклонов было выше среднего во всех четырех бассейнах Северного полушария, причем к 20 ноября того же года было зарегистрировано 70 циклонов по сравнению с долгосрочным средним значением 53 циклонов в год (ВМО, 2018 г.).

Экстремальные скорости ветра, молнии, сильный дождь

Тропические циклоны с экстремальной скоростью ветра могут вызвать структурное или поверхностное повреждение ветровых турбин и потенциально могут оказать значительное влияние на производительность ветровых турбин и ветроэлектростанций. Эти штормы также несут в себе риск ударов молнии, которые могут повредить лезвия прямым ударом, если не будут приняты необходимые меры, но также и подключенные устройства из-за косвенных ударов. Проливные дожди могут вызвать поверхностное затопление или эрозию, которые могут повлиять на фундаменты, а также могут повлиять на доступ к ветровой электростанции и электрической инфраструктуре, необходимой для экспорта электроэнергии. Примером того, что повлияли все эти метеорологические факторы, была ветряная электростанция в Китае, пораженная тайфуном категории 4, известным как ”Усаги». Ветряная электростанция понесла ущерб в размере $ 16 млн. Эти потери включали повреждение различных компонентов турбины.

До недавнего времени тропические циклоны были исключены из требований к проектированию для производителей ветряных турбин в международных стандартах, поскольку они обычно не применялись в Европе или частях Северной Америки, где были развернуты ветряные электростанции. Поэтому стратегии оценки рисков и смягчения их последствий должны были ложиться на владельца и другие заинтересованные стороны ветропарка, и, хотя наилучшие отраслевые практики могут применяться — на этапе разработки, проектирования и эксплуатации, включая страхование, — эти заинтересованные стороны, возможно, не имели необходимого опыты, позволяющего в полной мере учитывать спектр рисков.

Новые стандарты дизайна

Но новая версия международного стандарта (издание 3 МЭК 61400-1) включает специальный класс для учета ветровых электростанций, расположенных на участках, подверженных воздействию тропических циклонов, который был разработан на основе стандартов, которые уже учитывают это (таких как японский). Это представляет собой пример стандартов, адаптированных для учета меняющихся рисков, с которыми сталкиваются недавно разработанные ветряные электростанции в таких местах.

Анализ IRENA показал, что для снижения рисков, связанных с тропическими циклонами, могут применяться лучшие отраслевые практики и стандарты. Разработчики проекта и инвесторы должны принять превентивные меры по смягчению последствий, которые, как представляется, имеют ограниченные финансовые последствия. Вот некоторые из основных стратегий, которые следует учитывать:

i) включение международных и местных стандартов на этапе проектирования

ii) учёт индивидуальной высоты ступицы и размер ротора, чтобы лучше выдерживать экстремальные скорости ветра в конструкции турбины, усиленные компоненты ветряных турбин, такие как башни и фундаменты, усовершенствованные системы управления ветряными турбинами и системы резервирования

iii) установка согласованных рабочих процедур, которые должны соблюдаться между оператором фермы, производителями и оператором сети в случае тропического циклона, увеличение технического обслуживания систем управления и резервного копирования, улучшенные и конкретные прогнозы погоды.

Страховые полисы

Производители ветряных турбин обычно не гарантируют ущерб от тропических циклонов, поэтому они должны быть покрыты страховкой ветряной электростанции. Поэтому важно, чтобы владельцы ветряных электростанций четко представляли себе, какова сфера охвата их страхования и будет ли она покрывать, помимо физического ущерба компонентов, экономические последствия простоя и/или ремонта затронутых компонентов.

Ветроэнергетика — это зрелая и высоконадежная технология, способная противостоять суровым погодным условиям. Однако, поскольку развертывание все в большей степени сосредоточено в районах с суровой погодой, важно, чтобы технологии и связанные с ними технические стандарты продолжали развиваться, чтобы документировать и применять извлеченные уроки и передовые методы, чтобы гарантировать, что преимущества дешевой электроэнергии от этой технологии будут получены конечные потребители.

IRENA работает над предстоящим отчетом, изучая влияние экстремальных погодных явлений и суровых условий эксплуатации на технологии ветра и солнечной энергии. Отчет будет включать анализ различных погодных явлений и суровых условий эксплуатации, оценку сопутствующих затрат и адекватности существующих механизмов обеспечения качества, а также ключевые рекомендации для основных игроков на растущих ветровых рынках сегодняшнего дня.

Елизавета Коробкова

Редактор ЭНЕРГОСМИ.РУ