Этапы жизненного цикла ветряной электростанции

Чтобы выяснить, насколько каждый этап жизненного цикла ветряной электростанции способствует глобальному потеплению, мы оценили их удельные выбросы CO2. Средний срок окупаемости энергии для ветряной турбины составляет около восьми месяцев.

• Материалы: Основной вкладчик из-за выбросов при добыче материала. На долю башни и фундамента турбины приходится более 50%, за ними следуют лопасти и гондола. Процент вклада в глобальное потепление от этой стадии жизненного цикла: 85%
• Производство: Данные, собранные с производственных площадок и поставщиков Siemens Gamesa, главным образом в Европе, включают отходы и последующую обработку, а также транспортировку материалов. Процент вклада этой стадии жизненного цикла в глобальное потепление: 8%

• Установка на месте: Сюда входит подготовка площадки, монтаж турбин и их подключение к сети, что приводит к потреблению ресурсов и производству отходов. Процент вклада в глобальное потепление от этой стадии жизненного цикла: 5%
• Эксплуатация и техническое обслуживание: Расчетный срок службы ветряной турбины составляет более 20 лет. Учитываются рабочая сила, материалы и энергия, необходимые для обслуживания в течение всего срока службы. При работе ветроустановки практически отсутствуют выбросы. Процент вклада этой стадии жизненного цикла в глобальное потепление составляет 2% .
• Демонтаж и окончание срока службы: Компоненты разбираются, а материалы транспортируются и обрабатываются в соответствии с различными системами обращения с отходами. Существует компенсация выбросов в конце срока службы, поскольку большая часть материалов подлежит вторичной переработке (узнайте больше о деталях в приведенном ниже примере экологической декларации продукта EPD). Процент вклада этой стадии жизненного цикла в глобальное потепление составляет
  -20% .

Экологическая декларация продукции SG 8.0-167 DD

Воздействие на дикую природу

Наилучшая защита дикой природы

Наряду с воздействием на окружающую среду, связанным с выбросами углерода, активно обсуждаются темы дикой природы, поскольку ветряные электростанции часто располагаются в местах обитания животных. Siemens Gamesa осознает свою ответственность перед окружающей средой и очень серьезно к ней относится. В тесном сотрудничестве с клиентами, деловыми партнерами и федеральными правительствами мы всегда находимся в поиске инновационных технологических решений, которые позволят нам быть в авангарде мер по защите окружающей среды.

Забота о птицах и летучих мышах

В некоторых случаях береговая ветровая энергия обвиняется в гибели летучих мышей, птиц и других летающих видов, которые предположительно погибают от вращения лопастей винта. Но согласно исследованиям и исследовательским отчетам, опасность проворачивания лопастей несущего винта для большинства видов птиц чрезвычайно низка, а растущая смертность птиц на самом деле вызвана изменением климата, деятельностью человека или дикими и одомашненными хищниками.

Для обеспечения защиты от птиц и летучих мышей турбины Siemens Gamesa могут быть оснащены специальной функцией: в зависимости от времени суток или сезона расписание дикой природы останавливает турбину, когда существует повышенный риск, например, летающих летучих мышей. в районе турбин.

Уменьшение шумового загрязнения для морской жизни

Морская ветроэнергетика является краеугольным камнем желаемого перехода к возобновляемым источникам энергии. Но природоохранные ассоциации, фонды и средства массовой информации ссылаются на возможный риск для морской жизни от морских ветряных электростанций, особенно для морских свиней, обитающих в Северном море, на которых влияет шум от сваебойных копров, используемых при запуске морских ветряных электростанций. установленных, и любое дальнейшее шумовое загрязнение от работы машин.

Существует два различных метода, которые мы используем для обеспечения снижения шумового загрязнения при установке морских ветровых электростанций. Первый вариант – это пузырчатая занавеска. В этом методе используются два шланга с отверстиями, проложенные вокруг устанавливаемой сваи. Компрессор нагнетает воздух в эти шланги, поэтому пузырек поднимается вверх, тем самым ограничивая распространение звука. Основанный на этой простой, но эффективной идее, гидрозвукопоглотитель является еще одной функцией, снижающей уровень шума. Он напоминает рыболовную сеть, обернутую вокруг кучи сверху вниз до морского дна. Внутри этой сетки находятся воздушные шары и кусочки пенопласта различных форм и размеров. Благодаря разным характеристикам эти элементы смягчают звук на разных частотах.

Узнайте больше о проекте Hywind

Работы на фундаменте турбины

Помимо снижения уровня шума при установке традиционных морских ветровых платформ, которые монтируются на морском дне, разработаны новые способы возведения самого фундамента: всасывающие ковши и плавучие ветропарки.

Всасывающие ковши состоят из трехопорной конструкции кожуха, стоящей на трех гигантских ковшах. После опускания кожуха на морское дно насосы создают перепад давления внутри каждого ковша, что вместе с весом конструкции вдавливает его в землю. Рубашка не должна быть такой глубокой, как традиционные сваи, а используемые насосы работают намного тише, чем звук, который обычно издают копры. Всасывающие ковши были успешно использованы для ветряной электростанции Borkum Riffgrund 1.

С плавучими ветряными электростанциями, такими как проекты Hywind норвежской энергетической компании Equinor, концепция пошла еще дальше. Вместо закрепленных на дне фундаментов используются плавающие стальные трубы. Эти трубы заполнены балластом и привязаны к морскому дну — отдельные турбины пришвартованы контактными тросами, соединенными с одним лонжеронным буем. В дополнение к более мягким объемам плавучие ветряные электростанции позволяют исследовать новые прибрежные районы с еще более высокими скоростями ветра, поскольку большая глубина больше не является проблемой для установки фермы в определенном месте.

Влияние на человека

Сведение к минимуму неблагоприятного воздействия ветряных турбин

Несмотря на то, что общество требует больше экологически чистой энергии, углеродные следы и угрозы для дикой природы — это не все, что обсуждается, когда выдвигаются негативные аспекты ветровой энергии. Когда дело доходит до установки ветряков по соседству, у людей часто возникают предубеждения и сомнения. Это тема, к которой Siemens Gamesa относится серьезно.

Правила мирного сосуществования

Существует ряд процедур, которые необходимо принять во внимание еще до того, как можно будет начать проект по производству ветровой энергии. В целом, хорошо разработанные процедуры получения разрешений и выбора места для установки проектов позволяют снизить затраты, обеспечить более высокую отдачу от инвестиций и резко снизить вероятность конфликтов с местными сообществами.

Власти учитывают развитие ветряных электростанций в своей политике планирования. Решения о размещении всегда должны приниматься с учетом других землепользователей, чтобы избежать конфликтов с самого начала. Региональные и местные планировщики землепользования должны решить, совместимо ли разрешение с соседними видами использования, не изменит ли проект ветроэнергетики общий характер прилегающей территории, не нарушит ли он сложившиеся сообщества и как он будет интегрирован в существующий ландшафт. . Такие явления, как мерцание теней, можно рассчитать до начала строительства, а турбины можно разместить так, чтобы свести к минимуму воздействие на жилые дома.

Поддержание низкого уровня шума

Чтобы сделать энергию ветра более приемлемой, помимо оптимизированной планировки площадки, у нас есть возможность адаптировать работу турбины в соответствии с требованиями по шуму в конкретной области. Таким образом, соседняя среда будет испытывать уровень шума, соответствующий местным нормам, без ущерба для выходной мощности.

Одним из способов достижения этого является работа с пониженным уровнем шума, при которой оптимизация частоты вращения и угла наклона несущего винта для максимизации выходной мощности подчиняется алгоритму управления, который удерживает уровень шума ниже определенных пороговых значений.

Поделиться

Дополнительную информацию о защите данных можно найти в нашей политике конфиденциальности.

Как долго служат ветряные турбины? Можно ли продлить их срок службы?

Современная ветряная турбина хорошего качества обычно служит 20 лет , хотя этот может быть продлен до 25 лет или дольше в зависимости от факторов окружающей среды и соблюдения правильных процедур обслуживания . Однако затраты на техническое обслуживание будут увеличиваться по мере старения конструкции.

Ветряные турбины вряд ли прослужат намного дольше из-за экстремальных нагрузок, которым они подвергаются на протяжении всей жизни. Отчасти это связано с конструкцией самих турбин, поскольку лопасти турбины и башня закреплены только на одном конце конструкции и, следовательно, сталкиваются с полной силой ветра. Конечно, по мере увеличения скорости ветра увеличиваются и нагрузки, которым подвергаются турбины. Это может достигать уровней, почти в 100 раз превышающих расчетные нагрузки при номинальной скорости ветра, поэтому многие турбины спроектированы так, чтобы отключаться для самозащиты при более высоких скоростях ветра.

Одним из основных факторов, определяющих срок службы ветряной турбины, являются условия окружающей среды, с которыми сталкивается ветроэнергетика. Эти условия зависят от конкретной площадки и включают в себя среднюю скорость ветра, интенсивность турбулентности и (для операторов морских ветряных электростанций) циклическую нагрузку на фундаменты, каркасные конструкции и монолиты, вызванные волнами.

В дополнение к этим факторам окружающей среды существуют обычные проблемы для любой конструкции, связанные с усталостным разрушением в результате использования в течение срока службы актива. К ним относятся различные детали и компоненты, от лопастей ветряных турбин до электропроводки и гидравлических систем.

Лопасти ветряных турбин заслуживают особого упоминания, так как они особенно подвержены повреждениям. В качестве движущегося компонента лопасти ротора подвержены более высоким уровням нагрузки и усталости, а также могут быть повреждены от ударов птиц или других объектов, а также от воздействия сильного ветра или ударов молнии.

Жизненный цикл турбины можно продлить за счет тщательного контроля и технического обслуживания. Для этого необходимо оценить состояние актива и сравнить его с истекшим сроком службы турбины, исходя из ожидаемых нагрузок и усталости, а также факторов окружающей среды для объекта ветроэнергетики.

Эти оценки позволят определить, возможна ли дальнейшая эксплуатация и когда может потребоваться замена каких-либо компонентов для продления срока службы всей конструкции. Это называется оценкой продления срока службы и включает в себя как теоретический, так и практический анализ, например инспекции на месте и оценку данных расчетной нагрузки.

В отчете о состоянии будут подробно описаны требования к техническому обслуживанию, на основе которых может быть получена точная оценка стоимости продления срока службы ветряной турбины. Это позволяет операторам определить постоянные эксплуатационные расходы и риск отказа по сравнению со стоимостью замены или даже вывода из эксплуатации. Отчет также может использоваться для подачи заявки на продление страхового полиса, а также часто требуется поставщиками услуг в конце расчетного срока службы турбины.

Как упоминалось выше, фактический объем технического обслуживания, необходимого для поддержания в рабочем состоянии ветроэнергетического актива, будет варьироваться в зависимости от факторов, включая конкретные условия эксплуатации и используемые материалы. Тем не менее, ветряные турбины обычно требуют профилактических осмотров два или три раза в год. Потребность в этих проверках может увеличиваться по мере старения турбины, а также требует большего обслуживания для поддержания ее в рабочем состоянии.

Оффшорные электростанции сталкиваются с собственным набором особых проблем, связанных с обслуживанием. Проблемы, с которыми сталкиваются наземные активы, часто усугубляются оффшорными условиями эксплуатации, а также добавляют свои собственные специфические проблемы. Эти проблемы включают коррозию, эрозию и биообрастание наряду с обычными материалами, усталостью и ветровыми факторами.

По мере роста зависимости от морских возобновляемых источников энергии становится все более важным решать эти проблемы для поддержания эксплуатационной готовности.

Аналитическая оценка

Для обеспечения безопасной эксплуатации важно обеспечить структурную устойчивость ветряных турбин. Устройства безопасности, тормозные системы и системы управления турбиной требуют испытаний для проверки устойчивости конструкции, но также необходимо сравнить расчетные нагрузки с фактическими нагрузками, которым подвергалась турбина. Эта информация о нагрузке может быть получена из компьютерного моделирования, представляющего проектные условия после типовых испытаний наряду с условиями эксплуатации.

Эксплуатационные условия окружающей среды включают специфические для данной площадки ветровые условия, такие как средняя скорость ветра, турбулентность и любые экстремальные погодные явления. Они контролируются в течение предыдущих 20 лет, чтобы рассчитать предполагаемые нагрузки во время эксплуатации. Ветряным электростанциям может потребоваться, чтобы каждая турбина имела свой собственный набор данных. Затем эти данные оцениваются вместе с технической документацией на турбину. Эта техническая документация включает в себя информацию, касающуюся конструкции турбины, ввода в эксплуатацию, разрешений на эксплуатацию, данных по эксплуатации и производительности, а также электрических и гидравлических схем. Кроме того, также оцениваются отчеты о ремонте, осмотре и техническом обслуживании. Технический отчет также требуется для ежегодного документирования состояния лопастей несущего винта.

Операторы ветряных электростанций обязаны своевременно предоставлять соответствующие документы и проводить оценку. В некоторых случаях можно получить документацию по замене от производителя, однако, если производитель больше не доступен, можно использовать опыт для сравнения турбины с другими.

Эти аналитические расчеты используются для создания отчета, в котором указываются любые немедленные действия, необходимые для продолжения работы, а также те, которые необходимо будет запланировать на более позднюю дату, например, замена деталей или полная проверка.

Все эти симуляции должны быть подкреплены проверками на месте. Традиционно это выполнялось инспектором лично, но все чаще это делается удаленно с использованием роботов и технологий, таких как система BladeSave.

Узнайте больше о проекте BladeSave

Физический мониторинг

Состояние ветряной турбины оценивается посредством инспекции на месте, которая подтверждается аналитической оценкой. Это позволяет проверить конкретные слабые места, дефекты или потенциальные проблемы. Физический мониторинг также ищет необычный износ или повреждение компонентов и оборудования. Несущие и важные для безопасности компоненты требуют особого внимания, поскольку некоторые типы ветряных турбин имеют свои конструктивные недостатки или производственные проблемы, которые могут привести к преждевременному выходу из строя.

Физические проверки проводятся на лопатках турбины, несущей конструкции и фундаменте для поиска признаков коррозии и растрескивания или прослушивания подозрительных или необычных шумов от зубчатых колес и подшипниковых узлов.

Значительное повреждение может привести к немедленной остановке актива, что часто приводит к дорогостоящим простоям перед техническим обслуживанием или ремонтом. Тем не менее, эти проверки, как правило, обнаруживают незначительные повреждения, вызванные коррозией, усталостью или атмосферными воздействиями, что позволяет устранить дефект до того, как он станет еще хуже.

Различные детали требуют разного уровня контроля и обслуживания, а лопасти турбины и тросы требуют более тщательного осмотра и ухода.

Физический мониторинг также относится к мониторингу окружающей среды и тому, как это может повлиять на турбулентность и скорость ветра, используемые в аналитической оценке.

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание (также известные как затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание) составляют значительную часть общих годовых затрат на ветровую турбину. Эти затраты варьируются в зависимости от возраста актива, но в среднем составляют около 20-25% от общей приведенной стоимости за кВтч, произведенный в течение срока службы турбины. Для новой турбины эти затраты могут составлять всего 10-15%, но могут увеличиться до 20-35% к концу жизненного цикла турбины. Производители работают над новыми конструкциями, чтобы помочь сократить эти расходы, создавая турбины, которые требуют меньшего количества визитов в сервис и, следовательно, меньшего времени простоя.

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание покрывают следующие расходы:

• Страхование
• Регулярное техническое обслуживание
• Ремонт
• Запасные части
• Администрация

Некоторые из фактических затрат, связанных с этими расходами, например, страхование и техническое обслуживание, можно оценить, поскольку можно получить стандартные контракты, охватывающие большую часть жизненного цикла турбины. Однако затраты на ремонт и замену деталей определить труднее, поскольку на них может влиять возраст и состояние турбины, которые часто увеличиваются по мере старения актива. Кроме того, поскольку ожидаемый срок службы очень небольшого числа турбин подошёл к концу, данных об этих затратах на более позднем этапе жизненного цикла мало, в то время как многие старые турбины имеют меньшие размеры, чем те, что представлены на рынке в настоящее время.

Заключение

Операторы ветряных электростанций сталкиваются с необходимостью принимать бизнес-решения по мере старения своих активов – продолжать работу, перенастраивать или выводить из эксплуатации. На эти решения влияет физическое состояние по сравнению с теоретическим сроком службы турбин. Инспекции на месте и инструменты мониторинга помогают оценить эти факторы, чтобы обеспечить безопасную работу ветряных электростанций в течение расчетного срока службы. Этот срок службы может быть увеличен или сокращен в зависимости от повреждений, вызванных факторами окружающей среды и усталостью.

Некоторые компоненты, такие как лопасти, требуют дополнительного контроля и обслуживания, а такие технологии, как BladeSave, могут упростить этот процесс для оператора, обеспечивая постоянный удаленный мониторинг срока службы лопастей ветряной турбины.

Если ветроэлектростанция эксплуатируется в пределах параметров проектного срока службы и условий и регулярно проводится техническое обслуживание, они могут работать сверх расчетного срока службы. Во многих случаях ветровые условия на площадке создают меньшие нагрузки, чем предполагалось, а это означает, что конструкции турбин не имеют значительных повреждений.