Tijdens de recente China Offshore Wind Power Engineering Technology Conference hield de algemeen directeur van de offshore productlijn een keynote speech. Hij benadrukte dat de huidige knelpunten in de Chinese offshore windturbines liggen in de bladen en de hoofdlagers. Gezien de grote vraag naar offshore windturbines is het cruciaal dat fabrikanten zich richten op het leveren van oplossingen die een rendement op investeringen garanderen op basis van beschikbare toeleveringsketens, en zo de duurzame ontwikkeling van offshore windenergie in China ondersteunen.

Ontwikkelingsproces van windturbinebladen

De ontwikkeling van windturbinebladen in Europa en China werd onderzocht. Tussen 1991 en 2015 liep China achter op het gebied van turbinevermogen en bladgrootte. In 2017 had China echter een windturbine ontwikkeld met een diameter van 171 meter, waarmee het Europa (164 meter) overtrof. In 2019 introduceerden zowel Europa als de VS nog grotere turbines met een diameter van 220 meter. Deze gelijkwaardigheid in turbinegrootte duidt erop dat China en Europa nu op een vergelijkbaar niveau zitten wat betreft de ontwikkeling van offshore windturbines.

Uitdagingen en innovaties in windenergie

Volgens een gerenommeerd internationaal wetenschappelijk tijdschrift staat de windenergiesector voor aanzienlijke uitdagingen op het gebied van aerodynamica, structurele dynamica en hydrodynamica naarmate offshore windturbines groter worden. Het onderzoek op deze fundamentele wetenschappelijke gebieden heeft geen gelijke tred gehouden met de groeiende turbinediameters. In tegenstelling tot de luchtvaartindustrie, waar vliegtuigen zelfs na een eeuw nog geen vleugelspanwijdte van meer dan 80 meter hebben bereikt, heeft de windenergie-industrie in minder dan veertig jaar turbinediameters van 200 meter bereikt.

Het belang van geleidelijke vooruitgang in technische en technologische ontwikkelingen werd benadrukt. Het vergroten van de bladlengte vereist doorbraken in materialen en productietechnologieën. Het uitsluitend vertrouwen op bestaande technologieën om de bladgrootte te vergroten is onvoldoende om de verdere ontwikkeling van offshore windenergie te ondersteunen.

De behoefte aan koolstofvezel sluiermaterialen

Om langere offshore-bladen te kunnen gebruiken, moet de industrie zich wagen aan het onbekende terrein van koolstofvezelversterkingsmaterialen. Deze overgang weerspiegelt de situatie van tien jaar geleden, toen China bladontwerpen moest licentiëren van Europese bedrijven, terwijl de kernmaterialen en apparatuur afkomstig waren van Duitse of Japanse bedrijven. Grote investeringen in mallen, lange doorlooptijden en onvolwassen procestechnologieën compliceren de ontwikkeling verder, waardoor de verwerkingsefficiëntie van overmaatse bladen 3 tot 4 keer lager ligt dan die van standaardbladen. Dit vormt een belangrijk knelpunt voor de haalbaarheid van projecten in de huidige grootschalige offshore-windenergieprojecten in China. Koolstofvezelversterking is essentieel voor de volgende generatie windturbines, omdat het zowel aan de behoefte aan sterkte als aan een laag gewicht voldoet.

Uitdagingen in de toeleveringsketen van hoofdlagers

Het hoofdlagersysteem vormt een ander knelpunt, dat voortkomt uit ontwerpuitdagingen, problemen in de toeleveringsketen en complexiteiten bij de installatie. De toeleveringsketen voor grote hoofdlagersystemen van offshore turbines staat met name voor drie belangrijke uitdagingen:

1. De diameter van de hoofdlagerring bedraagt ​​vaak meer dan 2 meter, waarmee de capaciteit van de meeste beschikbare werktuigmachines wordt overschreden.

2. Er zijn slechts twee grote aanbieders, die capaciteit minimaal een jaar van tevoren moeten reserveren.

3. Binnenlandse leveranciers beschikken momenteel niet over de ontwerp- en verwerkingscapaciteiten voor dergelijke grote lagers.

   
   

Oplossingen en innovaties in lagertechnologie

De toepassing van dubbele SRB-technologie voor hoofdlagersystemen garandeert ondersteuning voor turbines van 5-6 MW met een diameter van maximaal 1,5 meter. Deze oplossing, ondersteund door een robuuste wereldwijde toeleveringsketen, maakt lokale leveranciersbetrokkenheid bij ontwerp en productie mogelijk. Technologieën die grotere diameters vereisen, zoals dubbele TRB en DRTRB, kampen daarentegen met aanzienlijke uitdagingen op het gebied van capaciteit en efficiëntie.

Optimalisatie van de prestaties van offshore windturbines

Ondanks de uitdagingen blijft het bedrijf vol vertrouwen in het leveren van offshore windoplossingen die een positief investeringsrendement opleveren. Er is een uitgebreide kaart gemaakt van de genivelleerde energiekosten (LCOE) voor Chinese offshore windparken, die richting geeft aan de turbine-definitie en ontwikkelaars helpt bij het identificeren van winstgevende projecten. De focus ligt niet op turbinecapaciteit, maar op LCOE, waarbij de energieopwekking de meest cruciale factor is.

Regionale aanpassingen en LCOE-gevoeligheidsanalyse

Verschillende regio's vereisen uiteenlopende combinaties van turbinevermogen en rotordiameter om de LCOE (Levelized Cost of Electricity) te optimaliseren. Het bedrijf voerde LCOE-gevoeligheidsanalyses uit voor gebieden met veel wind, zoals Fujian, gebieden met weinig wind, zoals Guangxi, en gebieden met matige tot lage windsnelheden, zoals Zhejiang. De resultaten tonen aan dat turbines van 6-8 MW optimaal zijn voor scenario's met veel wind, terwijl turbines van 4-6 MW het meest geschikt zijn voor scenario's met weinig tot matige windsnelheden. Lagere windsnelheden vereisen grotere rotordiameters en omgekeerd. Het gebruik van koolstofvezelbekleding in deze turbines is cruciaal voor het behalen van de gewenste prestaties en efficiëntie.

Het aanpakken van turbulentieverlies in windparken op zee

De offshore windparken in China kampen met grotere turbulentieverliezen dan hun Europese tegenhangers, vanwege de dichtere lay-out, lagere windsnelheden en stabielere atmosfeer. Een evaluatie van bijna 1,5 GW aan offshore turbinecapaciteit toonde aan dat de eerste schattingen van turbulentieverliezen ongeveer 2% te laag waren. Inspanningen om turbulentieverliezen te verminderen door middel van technologie voor het beheersen van de turbulentie in groepen hebben geleid tot een toename van 3-4% in de energieproductie. Naarmate offshore windparken dichter op elkaar komen te staan, wordt de waarde van deze technologie steeds belangrijker. Het implementeren van een koolstofvezelsluier in het ontwerp van de turbinebladen verbetert niet alleen de prestaties, maar vermindert ook de impact van turbulentieverliezen.