Turbiny wiatrowe o mocy 10 MW "odchudzone" dzięki generatorom nadprzewodnikowym
Obietnice związane z inicjatywą SUPRAPOWER (SUPerconducting, Reliable, lightweight, And more POWERful offshore wind turbine) są bardzo kuszące: nadprzewodnikowy generator o napędzie bezpośrednim, który jest lekki, solidny i niezawodny na tyle, by wykorzystać cały potencjał energii wiatru morskiego w Europie. Tak powstałe turbiny będą mniejsze, tańsze dzięki niższym kosztom operacyjnym i kosztom utrzymania, przy czym zwiększy się ich wydajność i skuteczność, a konwersja mocy osiągnie maksymalny poziom. "Wiele koncepcji nadprzewodnikowych generatorów już opracowano lub są w trakcie realizacji, ale niektóre z zaproponowanych rozwiązań napotykają określone problemy techniczne, które komplikują ich praktyczne wykorzystanie w bardzo wymagającej branży, jaką jest sektor morskich elektrowni wiatrowych. Są to między innymi wysokie koszty materiałów nadprzewodzących lub wykorzystanie cieczy kriogenicznych", wyjaśnia Iker Marino Bilbao, koordynator projektu SUPRAPOWER. "Nasz nadprzewodnikowy generator MgB2 jest wolny od tych ograniczeń". Ambitny proces rozwijania koncepcji Stworzenie generatora MgB2 nie jest łatwym zadaniem. "Z uwagi na innowacyjność tej technologii nie posiadamy odpowiedniego zaplecza wiedzy na temat kluczowych jej aspektów, takich jak rotacyjne zwoje MgB2", dodaje Iker Marino Bilbao. "Musieliśmy pracować etapami: najpierw dwa małe zwoje przetestowaliśmy pod kątem walidacji konstrukcji i procesu produkcyjnego, następnie przeprowadziliśmy testy na pełnowymiarowej podwójnej płaskiej cewce, a na końcu użyliśmy zwojów w pełnej skali w rzeczywistym rozmiarze". Kriostat wymagał podobnej metodologii, czyli najpierw stworzono jeden na próbę, a następnie, bazując na wynikach eksperymentu, zaprojektowano ostateczne wersje kriostatu, które są aktualnie budowane. "Innym wyzwaniem jest fakt, że jakakolwiek modyfikacja jednego elementu wpływa na pozostałe, gdyż różne części (zwoje, słupy, kriostaty itd.) w urządzeniu pełnego formatu będą montowane razem. Koordynacja techniczna jest zatem niezbędna, tak jak pozyskanie wykwalifikowanych producentów niektórych elementów, co również okazało się trudniejsze, niż zakładaliśmy".Zredukowanie masy Uczestnicy projektu, który według planu ma się zakończyć w maju 2017 r., są na dobrej drodze do osiągnięcia swoich ambitnych celów. Projekt koncepcyjny generatora nadprzewodnikowego (SCG) został zakończony, a zespół był w stanie porównać wyniki jego działania w turbinie wiatrowej z wynikami generatora ze stałym magnesem (PMG). W efekcie zaobserwowano zmniejszenie masy aktywnych części turbiny o 26% oraz ogólną redukcję masy o 16%, wliczając w to podpory, przy czym masa wieży wiatrowej zmniejszyła się o 11%. To znacznie obniży koszty transportu i wdrożenia tej technologii. "Jedną z najtrudniejszych operacji na morzu będzie montaż łopat wirnika, które są identyczne w obu przypadkach", zaznacza pan Bilbao. W celu potwierdzenia koncepcji generatora o mocy 10 MW zaprojektowano również rotacyjną magnetyczną maszynę w pełnej skali. Składa się ona z zewnętrznego wirnika z dwiema cewkami nadprzewodnikowymi, znajdującymi się obecnie w końcowej fazie procesu produkcyjnego. Obie cewki są wykonane ze stosu dziewięciotorowych podwójnych płaskich cewek na bazie MgB2 połączonych szeregowo pomiędzy dwiema grubymi płytami miedzianymi. Obie cewki są zwinięte w modułowym kriostacie wokół żelaznego słupa, a ciepło jest ekstrahowane przewodzeniem przez kolektor termiczny, łączący obie cewki. Kriostaty są nadal w budowie, ale wersje próbne zostały już zbudowane i przetestowane. Z kolei łącznik rotacyjny przeszedł już wszystkie etapy od projektu, przez produkcję, po przejście wszystkich testów. "Teraz jesteśmy na etapie produkcji wszystkich elementów urządzenia w jego rzeczywistym formacie i spodziewamy się ukończenia testów walidacyjnych w maju 2017 r.", zapewnia pan Bilbao. Jak zaistnieć na rynku Mimo że uczestnicy projektu muszą kontynuować badania rynku w związku ze swoją technologią, są zarazem pewni, że jej wdrożenie będzie trochę łatwiejsze niż w przypadku konwencjonalnych turbin. Do transportu i montażu można wykorzystać już istniejącą infrastrukturę, bez większych różnic w porównaniu z turbinami wiatrowymi o mocy w tym samym zakresie. Elementy nadprzewodzące są bardzo skuteczne, a ich utrzymanie ogranicza się do pomp próżniowych i chłodnic krionicznych. Jednak mimo że są to dobrze znane elementy przemysłowe, z racji tego, że nie były one wykorzystywane w takich projektach, pierwsze prototypy na pełną skalę oraz ich odpowiedniki komercyjne będą wymagały na początku specjalnej obsługi i działań monitorujących. "Jeżeli uda nam się udowodnić wykonalność i zalety tej nowatorskiej koncepcji generatora, kolejnym ważnym krokiem będzie produkcja turbin wiatrowych lub generatorów wiatrowych, co umożliwi dalsze prace nad rozwojem tych technologii i sprawdzenie ich działania w skali wielu megawatów", podsumowuje pan Bilbao.
Słowa kluczowe
Turbiny wiatrowe, skalowalność energii, SUPRAPOWER, nadprzewodnictwo, lekkość, chłodzenie niekriogeniczne
