Для повышения мощности ветротурбин до 15 МВт GE применяет сверхпроводящие магниты

По мере того, как в ветроэнергетике наблюдается тенденция постепенного перехода к ветряным турбинам высокой мощности, подразделение технических разработок GE Global Research, принадлежащее компании General Electric Company (NYSE: GE), сегодня объявило о начале первого этапа двухлетнего проекта стоимостью 3 миллиона долларов США. Проект осуществляется по заказу Министерства энергетики США и нацелен на создание генератора нового поколения с приводом от ветряной турбины, который позволит создавать масштабные ветроэнергетические станции мощностью 10-15 МВт. Это один из множества проектов GE в области ветроэнергетики, ориентированный на увеличение доли ветроэнергетики наиболее экономически целесообразным способом.

«Учитывая потребность участников отрасли в более мощном оборудовании для того, чтобы максимально полно использовать возможности экологически чистой ветроэнергетики в США и по всему миру, для создания ветряных платформ большой мощности необходимы новые технологии, – говорит Кит Лонгтин (Keith Longtin), руководитель по технологиям ветроэнергетики в GE Global Research. – “Ключевая задача заключается в создании решений, которые обеспечивают высокую мощность при низких затратах. Используя свои достижения в области сверхпроводящих магнитов, накопленные более чем за 30 лет работы с МРТ системами в сфере здравоохранения, мы разрабатываем инновационную технологию для генераторов нового поколения, которые обеспечат больше энергии за меньшее время, помогая сократить стоимость выработки электроэнергии из энергии ветра».

«Мы применяем сверхпроводящие магниты в МРТ системах для снижения стоимости этих систем и обеспечения более высокого качества изображения, – говорит Лонгтин. – В ветряных турбинах мы намерены применить эти магниты для производства еще больших объемов энергии при меньшей стоимости выработки электрической энергии. Хотя применения могут быть различными, базовая технология остается прежней».

Электрический генератор является неотъемлемым элементом ветряной турбины и служит для преобразования механической энергии, получаемой от лопастей, в пригодную для использования электрическую энергию. От эффективности генератора напрямую зависит, сколько энергии ветра можно преобразовать в электрическую энергию.

Сегодня в большинстве ветряных турбин используются традиционные генераторы, которые подключены к муфте. Муфта необходима для увеличения количества оборотов, передаваемых с вала с лопастями, чтобы можно было уменьшить требуемый момент перед тем как вращение передается на генератор. Хотя подобный подход чрезвычайно эффективен в современных ветряных турбинах, использование этой технологии в более крупных турбинах повлечет за собой рост расходов в связи с увеличением веса и необходимостью дополнительного обслуживания. В итоге оборудование будет вырабатывать дополнительную энергию, но ценой увеличения стоимости ее производства.

Лонгтин пояснил, что это инновационное применение технологии сверхпроводящих магнитов могло бы существенно улучшить характеристики генератора, благодаря чему будет экономически целесообразнее отказаться от использования муфты. Основная идея заключается в уменьшении размеров и веса генератора, а также в снижении скорости и увеличении крутящего момента. Применение технологии сверхпроводящих магнитов позволяет снизить вес за счет более сильных магнитных полей, которые создаются в сверхпроводящих обмотках возбуждения, а также за счет возможного уменьшения массы железа в сверхпроводящем генераторе.
В электрических машинах GE со сверхпроводящими обмотками будет применяться оригинальная архитектура и испытанная технология криогенного охлаждения, что позволит повысить надежность всей машины. Предлагаемая GE технология сверхпроводящих обмоток призвана вдвое увеличить интенсивность крутящего момента по сравнению с конкурирующими технологиями и в то же время снизить зависимость от редкоземельных элементов, которые преобладают в ветроэнергетике во всех электрических машинах на базе постоянных магнитов. Более высокая мощность этих электрических машин, а также увеличенный КПД при преобразовании энергии обеспечивают еще более выгодную экономию масштаба (например, требуется меньшее число ветряков для обеспечения требуемой мощности ветряной фермы), что позволит сократить стоимость производства электрической энергии с помощью ветряных турбин.
Помимо проекта создания генератора нового поколения с приводом от ветряной турбины, исследователи GE занимаются разработкой других важных технологий, которые позволят с наименьшими затратами повысить мощность ветряных турбин.

Среди основных достижений:
•    использование более легких и более современных композитных материалов позволяет удлинить лопасти ветряка, что в свою очередь позволяет улавливать больше ветра без увеличения веса, приводящего к удорожанию производства энергии;
•    применение более совершенных систем управления, датчиков и алгоритмов диагностического контроля позволяет значительно снизить расходы на эксплуатацию;
•    разработка технологий для интеграции в энергосети позволяет направлять еще большие объемы энергии, генерируемой ветряком, в сеть. Эти технологии нацелены на обеспечение соответствия ветряных турбин электросетевым стандартам, и призваны помочь энергосбытовым компаниям более эффективно управлять большими объемами электрической энергии, вырабатываемой из энергии ветра.

Проект по созданию генератора нового поколения с приводом от ветряной турбины, а также другие технологии для ветроэнергетики разрабатываются в рамках общекорпоративной инициативы GE ecomagination. Эта корпоративная программа отражает стремление компании создавать еще более экологически чистые продукты и технологии, которые помогут решению самых сложных энергетических проблем.

Проект по созданию генератора будет осуществляться в два этапа. На первом этапе основное внимание будет уделяться концептуальному проектированию и оценке экономических, экологических и коммерческих показателей. На втором этапе будет изучаться коммерческий потенциал технологии. Ключевым партнером GE в этом проекте выступит национальная лаборатория Oak Ridge National Lab (ORNL), которая поможет GE в изучении и решении сложных технических задач, связанных с проектом.