Al recente"Conferenza sulla tecnologia dell'ingegneria dell'energia eolica offshore in Cina,"il direttore generale della linea di prodotti offshore ha tenuto un discorso programmatico. Ha sottolineato che gli attuali colli di bottiglia nelle turbine eoliche offshore cinesi risiedono nelle pale e nei cuscinetti principali. Data l’elevata domanda di turbine eoliche offshore, è fondamentale che i produttori si concentrino sulla fornitura di soluzioni che garantiscano rendimenti sugli investimenti basati sulle catene di approvvigionamento disponibili, supportando così lo sviluppo sostenibile dell’energia eolica offshore in Cina.

Viaggio di sviluppo delle pale delle turbine eoliche

È stata esaminata l'evoluzione delle pale delle turbine eoliche in Europa e Cina. Tra il 1991 e il 2015, la Cina ha seguito il trend in termini di potenza delle turbine e dimensioni delle pale. Tuttavia, nel 2017, la Cina aveva sviluppato una turbina eolica con un diametro di 171 metri, superando i 164 metri dell’Europa. Entro il 2019, sia l’Europa che gli Stati Uniti hanno introdotto turbine ancora più grandi con un diametro di 220 metri. Questa parità di dimensioni delle turbine significa che Cina ed Europa sono ora a un livello simile nello sviluppo di turbine eoliche offshore.

Sfide e innovazioni nell'energia eolica

Secondo una rinomata rivista scientifica globale, con l’aumento delle dimensioni delle turbine eoliche offshore, il settore dell’energia eolica deve affrontare sfide significative in termini di aerodinamica, dinamica strutturale e idrodinamica. La ricerca in queste aree scientifiche fondamentali non ha tenuto il passo con la crescita dei diametri delle turbine. A differenza dell’industria aeronautica, che non ha visto l’apertura alare degli aerei superare gli 80 metri nemmeno dopo un secolo, l’industria dell’energia eolica, in meno di quattro decenni, ha raggiunto diametri delle turbine di 200 metri.

È stata sottolineata l'importanza di progressi graduali nei progressi ingegneristici e tecnologici. L’aumento della lunghezza della lama richiede innovazioni nei materiali e nelle tecnologie di produzione. Basarsi esclusivamente sulle tecnologie esistenti per aumentare le dimensioni delle pale non è sufficiente per sostenere l’ulteriore sviluppo dell’energia eolica offshore.

La necessità di materiali per veli in fibra di carbonio

Per supportare pale offshore più lunghe, l’industria deve avventurarsi nel"territorio non mappato"dei materiali del velo in fibra di carbonio. Questa transizione rispecchia la situazione di dieci anni fa, quando la Cina dovette concedere in licenza i progetti di pale ad aziende europee, con materiali di base e attrezzature provenienti da aziende tedesche o giapponesi. Ingenti investimenti negli stampi, tempi lunghi e tecnologie di processo immature complicano ulteriormente lo sviluppo, rendendo l’efficienza di lavorazione delle pale sovradimensionate significativamente inferiore a quella delle pale tradizionali di 3-4 volte. Ciò rappresenta un grave ostacolo nel garantire la fattibilità del progetto negli attuali scenari di installazione eolica offshore su larga scala in Cina. Il velo in fibra di carbonio è essenziale per la prossima generazione di turbine eoliche, poiché soddisfa sia la necessità di resistenza che di proprietà leggere.

Sfide nella catena di fornitura dei cuscinetti principali

L’elemento principale è un altro collo di bottiglia, derivante da sfide di progettazione, problemi della catena di fornitura e complessità di installazione. Nello specifico, la catena di fornitura dei cuscinetti principali delle turbine offshore di grandi dimensioni deve affrontare tre sfide chiave:

1. Il diametro dell'anello del cuscinetto principale spesso supera i 2 metri, superando la capacità della maggior parte delle macchine utensili disponibili.

2. Ci sono solo due fornitori principali, che richiedono la prenotazione della capacità con almeno un anno di anticipo.

3. I fornitori nazionali attualmente non dispongono delle capacità di progettazione e lavorazione per cuscinetti di queste dimensioni.

Soluzioni e innovazioni nella tecnologia dei cuscinetti

L'adozione della doppia tecnologia SRB per le configurazioni dei cuscinetti principali garantisce il supporto di turbine da 5-6 MW con un diametro entro 1,5 metri. Questa soluzione, supportata da una solida catena di fornitura globale, consente il coinvolgimento dei fornitori locali nella progettazione e nella produzione. Al contrario, le tecnologie che richiedono diametri più grandi, come il doppio TRB e DRRTB, devono affrontare sfide significative in termini di capacità ed efficienza.

Ottimizzazione delle prestazioni delle turbine eoliche offshore

Nonostante le sfide, l’azienda rimane fiduciosa nella fornitura di soluzioni eoliche offshore che producano rendimenti positivi sugli investimenti. È stata creata una mappa completa del costo livellato dell'energia (LCOE) per i parchi eolici offshore cinesi, che guida la definizione delle turbine e aiuta gli sviluppatori a identificare progetti redditizi. L’attenzione non è sulla capacità delle turbine ma sull’LCOE, dove la produzione di energia rappresenta il fattore più critico.

Adattamenti regionali e analisi di sensibilità LCOE

Regioni diverse richiedono combinazioni diverse di potenza della turbina e diametro del rotore per ottimizzare LCOE. L’azienda ha condotto analisi di sensibilità LCOE per aree con vento forte come il Fujian, aree con vento debole come Guangxi e aree con vento medio-basso come Zhejiang. I risultati indicano che le turbine da 6-8 MW sono ottimali per scenari con vento forte, mentre le turbine da 4-6 MW sono migliori per scenari con vento da basso a medio-basso. Velocità del vento inferiori richiedono diametri del rotore maggiori e viceversa. L'uso del velo in fibra di carbonio in queste turbine è fondamentale per ottenere le prestazioni e l'efficienza desiderate.

Affrontare le perdite di scia nei parchi eolici offshore

I parchi eolici offshore cinesi devono far fronte a maggiori perdite di scia rispetto alle controparti europee a causa di strutture più dense, velocità del vento inferiori e atmosfere più stabili. Una valutazione di quasi 1,5 GW di capacità delle turbine offshore ha rivelato che le stime iniziali delle perdite di scia erano circa il 2% troppo basse. Gli sforzi per ridurre le perdite di scia attraverso la tecnologia di controllo della scia di gruppo hanno portato ad un aumento del 3-4% nella produzione di energia. Man mano che i layout dei parchi eolici offshore diventano più densi, il valore della tecnologia di controllo della scia di gruppo diventa sempre più significativo. L'implementazione del velo in fibra di carbonio nel design della pala non solo migliora le prestazioni ma mitiga anche l'impatto delle perdite di scia.