FoodPro Preloader

Utover fossile brensel: John McDonald på vindkraft


Redaktørens notat: Denne spørsmålet er en del av en undersøkelse utført av av ledere på selskaper som driver med å utvikle og implementere ikke-fossile brenselergiteknologier. Hvilke tekniske hindringer dekker i dag mest veksten av vindkraft? Hva er utsiktene for å overvinne dem i nær fremtid og på lengre sikt? Enten de

Redaktørens notat: Denne spørsmålet er en del av en undersøkelse utført av av ledere på selskaper som driver med å utvikle og implementere ikke-fossile brenselergiteknologier.

Hvilke tekniske hindringer dekker i dag mest veksten av vindkraft? Hva er utsiktene for å overvinne dem i nær fremtid og på lengre sikt?
Enten de er bygget på land eller til sjøs, har nesten alle vindmøller de samme tekniske problemene knyttet til at vind er naturlig variabel. I dag tilbyr de beste maskinene i de beste stedene nå en 35 prosent "belastningsfaktor" eller effektivitetsnivå. Det største problemet i turbine design er ikke bladene, men det vi ikke kan se. Det er maskinens tarm - konstruksjonskomponenter som er plassert i nacellen eller kroppen av turbinen, som omdanner den kinetiske energien til strøm - som trenger forbedring.
Den viktigste arbeidshest av nacelle er generatoren. Først utviklet i 1831 for kullindustrien flytter disse maskiner kobbertrådene forbi magneter for å konvertere mekanisk energi til strøm. Den grunnleggende premissen til systemet har ikke forandret seg veldig mye. Generatorer trives på en stabil inngangsenergikilde, for eksempel kull eller vannkraft, og med denne stabile føreren kan de operere med høyeste virkningsgrad oppover 90 prosent. Dette nivået av energiinngang kalles "søtpunktet". Uheldigvis ved hastigheter utenfor det søte stedet faller generatorens effektivitet dramatisk, og mye tilgjengelig energi går til spill.
Hvis vinden stiger over dette søte stedet, akselerasjonen vil akselerere og dreiemomentet vil overstige generatorens kapasitet, slik at ingeniører "pitch" bladene, bokstavelig talt snu dem ut av vinden, og la den overflødige energien blåse forbi, i hovedsak late som vinden blåser fortsatt på en jevn 30 miles i timen. Hvis vinden faller under det søte stedet, vil akselen senke, noe som medfører en reduksjon i generatorens effektivitet. For å kompensere, setter ingeniører inn girkassen for å kunstig fremskynde akselen. Girkassen "tricks" generatoren til å tenke vinden blar fortsatt jevn, men store effektivitetstap resulterer.
Girkassen, Achilles hæl av vindkraft, har mange bevegelige deler som krever hyppig vedlikehold og ofte forårsaker at turbiner ikke er i bruk for opptil 10 prosent av tiden. I tillegg er de så tunge at sjeldne og dyre kraner er nødvendig for å løfte generatorene i deres nacellehus, flaskehalsende byggeprosjekter. Til slutt, for å øke styrken til generatorer, utvider ingeniører tradisjonelt maskinens diameter. Dette begrenser deres størrelse til bredden på veiene, ellers kan de ikke transporteres.
For offshore vind, vil næringen trenge å takle pålitelighet og tekniske vanskeligheter ved å designe mer robust og pålitelig utstyr. For det første er porter ofte ikke godt egnet til å håndtere den store størrelsen på offshore turbiner. For det andre har offshore turbiner en svært høy svikt rate og er enda dyrere å fikse enn turbiner på land. Her viser det seg at girkassen er Achilles 'hæl av vindkraftproduksjon. I tillegg må offshore-turbiner kjempe mot harde elementer og saltvannets rustende egenskaper. Som onshore-feil har offshore-problemer potensialet til å kreve avkastning for utviklere.
Disse tekniske utfordringene betyr at bare vindsteder med høye vindkast er for tiden levedyktige for vindgenerering, og det er anslått at det bare er 18.000 kvadratkilometer av slike steder i USA. For vindkraft til å bli virkelig konkurransedyktig med fossile brensler, må flere nettsteder bli levedyktig og ny teknologi må fremme for å trives, i stedet for å kjempe, med vindens variabilitet.
For dette formål har ExRo Technologies gjenoppfunnet generatoren til å operere ved høyeste virkningsgrad (90 prosent pluss), uansett hvor raskt eller sakte vinden blåser eller hvor ofte hastigheten endres. Denne funksjonen med fleksibilitet og skalerbarhet oppnås elektronisk med en kontroller, "hjernen" av nacellen, og eliminerer dermed behovet for en feilkrevende girkasse. Variable Input Electrical Generator, eller VIEG (uttalt "veej"), er i stand til å produsere energi fra nær null til meget høy vind ved å øke sin generasjonskapasitet eller rettegjøre seg til den tilgjengelige vinden i sanntid. Dette forbedrer påliteligheten av vindkraft fra et hvilket som helst sted, spesielt steder som ikke anses egnet for vindgenerering på grunn av deres lave vindhastigheter.
Er det hindringer for å oppgradere vindkraft til å betjene en større nasjonal eller global kundebase?
Tilgjengeligheten av land og integrering av vindkraft med det større nettverket er de to hindringene for å oppnå vindkraft. I USA er nesten hvert nettsted som anses for å være levedyktig blitt opphisset. Oppskalering av vindkraft betyr å finne måter å generere vindkraft på land hvor vinden er for lav til å bli vurdert av utviklere som en lukrativ investering. Dette innebærer utvikling av ny teknologi, som ExRo's VIEG, som kan produsere energi selv med nær-null vind. Dette vil åpne opp store ressurser av land både landlige og urbane, samt optimalisere produksjonen av nåværende vindsteder.
Land med mindre gunstige vindforhold som ligger nærmere energiforbruket kan være lønnsomt med VIEG-utstyrte turbiner. Dette letter transmisjonsspørsmål knyttet til all fornybar energiproduksjon og reduserer den kraftige kostnaden ved å bygge ny infrastruktur. Vindparker både på land og offshore krever nye kraftledninger som i tillegg til utgifter ofte står overfor motstand fra lokalsamfunn.
Men kanskje det større stykket av puslespillet får vindenergi på nettet med et signal som nettverket ønsker og kan bruke. Tradisjonelt vindanleggssignaler svinger ut fra vindens variabilitet, noe som skaper ujevne spennings- og signalfrekvenser. Dette resulterer i at vindkraftgenerering er tungt undervurdert. Det er ofte solgt til noen verktøy på til og med en 30 prosent diskonteringsrente.
For å kompensere, bruker vindturbinprodusenter avansert kraftelektronikk til å "rengjøre" signalet før de sendes til nettet. Denne signalbehandling etter generatoren er dyr, ikke bare på grunn av kostbart utstyr, men også på grunn av den økte ineffektiviteten til den elektriske effekten.
Ved å matche generatorkonfigurasjonen til den tilgjengelige kildenergien kan ExRo's VIEG harmonisere utgangsspenningen og systemmotstanden med rutenettbehov. Dette innebærer økt kapasitet og pålitelighet som tilbys til nettverket ved et hvilket som helst sted, og dermed muliggjøre mer fornybar energi innlemmet i nettgenereringsmikset og betydelige økonomiske gevinster for vindkraftoperatører.
Kan eksisterende energiinfrastruktur håndtere vekst i vindkraft? Eller trenger det også ytterligere modifikasjoner?
Vindelektrisitet genereres sjelden på stedet der den skal brukes, så forbedring av det nåværende elektriske nettet er svingbart. For å oppnå kraftig vindkraft må store mengder kraft flyttes over lange avstander, og ofte er de vindende områdene også den fjerneste. Ofte må prosjektutviklere jobbe med verktøyet for å kjøre kraftlinjer ut til nettstedet. Dette prospektet alene har frarådet noen prosjekter.
For å forbedre dette må nettverket oppdateres med det som kalles en høyspenningsramme som strekker seg over landet. En modell for dette kan bli funnet å kjøre fra Indiana gjennom Ohio til Virginia, som allerede drives av et selskap kalt American Electric Power.
Gitt den nåværende økonomiske krisen, kan din industri få den nødvendige kapitalen (fra offentlige eller private kilder) for å finansiere sin vekst tilstrekkelig?
Gitt alle disse tekniske hindringene, økte vindenergi i USA fortsatt med en rekord på 50 prosent i 2008, ifølge den amerikanske vindkraftforeningen. Siden finansieringen har tørket opp i kjølvannet av banksektoren, regner eksperter med å se mindre ny vindkraft kommer på nettet i 2009. I øyeblikket ser vindbransjen seg mot Obama-administrasjonens stimuleringsregning og energiregning for å gi større finansieringsinitiver for investering . [ Redaktørens notat: Denne undersøkelsen ble sendt inn før stimuleringsregningen ble signert i loven. ]
På grunn av produksjonsflaskehalsene som vindsektoren står overfor, vil prosjekter som allerede er planlagt og betalt for, trolig gå videre. I tillegg har vindprosjekter tendens til å bli planlagt i løpet av tre år, og dette gir vindutviklere muligheten til å bestille VIEG-generatorer for sine vindkraftverk og dermed skaffe mer vindkraft ut av deres nettsteder.
Fra et strategisk synspunkt, som er den største konkurrenten for vind: eksisterende kull-, olje- og gass teknologier eller andre alternative energiteknologier?
Kull og naturgass er de største konkurrentene til vindkraft. Når det kommer til kraftproduksjon, er kostnaden konge. Inntil vindenergi kan produseres (og gjøres tilgjengelig for forbrukerne) for mindre enn kullgenerert kraft, vil den fortsatt være et andre valg for kraftkjøpere. Den harde virkeligheten er at 30 prosent kapasitetsfaktorer ganske enkelt ikke er høye nok til å drive kostnaden for alternativ energi under kostnaden av kull, og klemme ut et annet prosentpoeng gjennom en litt bedre girkasse eller et mildt bedre avstøpningssystem, går ikke bare å få nasjonen til Department of Energy mål om 20 prosent vindkapasitet.
Er det et kostnadsmål som du og andre i din bransje har som mål å oppnå i fem år?
Mandatet for ExRo er "Billigere enn kull". For tiden genererer kull mer enn 40 prosent av all elektrisitet (50 prosent i USA), ifølge US Energy Information Administration. Dette skyldes at det er den billigste energiformen, så lav som 2 cent per kilowatt-time (kWh). For å møte nettparitet må næringen bringe sin kostnad / kWh ned fra så høyt som 5 cent / kWh i enkelte områder. Andre steder ser vindenergi så lavt som 3, 5 cent / kWh, og dette tallet forventes å avta i de kommende årene med avansert turbinteknologi. Likevel vil små, inkrementelle forbedringer fra en litt bedre girkasse eller et nytt belegg for turbinblader ikke gjøre trikset.
Teknologier som takler vindens variabel og intermitterende natur er nødvendig for å overvinne priskampen med kull. Med tredjepartstesting som viser potensialet for tosifrede effektivitetsgevinster for turbiner, er VIEG klar til å møte utfordringen. Slike forbedringer av effektiviteten vil drastisk redusere vindkostnaden / kWh og forandre valget om å bygge en ny vindkraftpark fra en altruistisk til en økonomisk en.

Les dette neste

Jetting deres vei til en bedre forståelse av global oppvarming30 under 30: Utforsk Stringteori for å finne ut hvordan ting fungererThe Green Apple: Hvordan kan byer tilpasse seg klimaendringer?Høyteknologi i 1867Venter på dyr: Casting East African Wildlife "i en tilstand av å være"En kraft å regne medBefolkning og bærekraft: Kan vi unngå å begrense antall personer?Europas flomforsinkelser til Soar innen 2050