No recente"Conferência de Tecnologia de Engenharia de Energia Eólica Offshore da China,"um discurso de abertura foi proferido pelo gerente geral da linha de produtos offshore. Ele enfatizou que os atuais gargalos nas turbinas eólicas offshore da China residem nas pás e nos rolamentos principais. Dada a elevada procura de turbinas eólicas offshore, é crucial que os fabricantes se concentrem no fornecimento de soluções que garantam retornos de investimento com base nas cadeias de abastecimento disponíveis, apoiando assim o desenvolvimento sustentável da energia eólica offshore na China.

Jornada de desenvolvimento de pás de turbinas eólicas

A evolução das pás das turbinas eólicas na Europa e na China foi revista. Entre 1991 e 2015, a China foi seguidora em termos de potência da turbina e tamanho das pás. No entanto, em 2017, a China desenvolveu uma turbina eólica com um diâmetro de 171 metros, ultrapassando os 164 metros da Europa. Em 2019, tanto a Europa como os EUA introduziram turbinas ainda maiores, com um diâmetro de 220 metros. Esta paridade no tamanho das turbinas significa que a China e a Europa estão agora num nível semelhante no desenvolvimento de turbinas eólicas offshore.

Desafios e Inovações em Energia Eólica

De acordo com uma renomada revista científica global, à medida que as turbinas eólicas offshore aumentam de tamanho, o setor de energia eólica enfrenta desafios significativos em aerodinâmica, dinâmica estrutural e hidrodinâmica. A investigação nestas áreas científicas fundamentais não acompanhou o crescimento dos diâmetros das turbinas. Em contraste com a indústria da aviação, que não viu a envergadura das asas das aeronaves exceder os 80 metros mesmo depois de um século, a indústria da energia eólica, em menos de quatro décadas, atingiu diâmetros de turbina de 200 metros.

A importância do progresso gradual na engenharia e nos avanços tecnológicos foi destacada. Aumentar o comprimento da lâmina requer avanços em materiais e tecnologias de fabricação. Depender apenas das tecnologias existentes para aumentar o tamanho das pás é insuficiente para apoiar o desenvolvimento da energia eólica offshore.

A necessidade de materiais para véu de fibra de carbono

Para suportar pás offshore mais longas, a indústria deve aventurar-se no"território desconhecido"de materiais de véu de fibra de carbono. Esta transição reflecte a situação de há uma década, quando a China teve de licenciar designs de lâminas a empresas europeias, com materiais e equipamentos essenciais provenientes de empresas alemãs ou japonesas. Grandes investimentos em moldes, prazos longos e tecnologias de processo imaturas complicam ainda mais o desenvolvimento, tornando a eficiência de processamento de lâminas superdimensionadas significativamente menor do que a das lâminas convencionais em 3 a 4 vezes. Isto representa um grande gargalo para garantir a viabilidade do projeto nos atuais cenários de instalação eólica offshore em grande escala na China. O Véu de Fibra de Carbono é essencial para a próxima geração de turbinas eólicas, atendendo tanto à necessidade de resistência quanto às propriedades de leveza.

Desafios na cadeia de suprimentos de rolamentos principais

O principal problema é outro gargalo, decorrente de desafios de design, problemas na cadeia de suprimentos e complexidades de instalação. Especificamente, a cadeia de fornecimento de grandes rolamentos principais de turbinas offshore enfrenta três desafios principais:

1. O diâmetro do anel do rolamento principal geralmente excede 2 metros, ultrapassando a capacidade da maioria das máquinas-ferramentas disponíveis.

2. Existem apenas dois fornecedores principais, exigindo reservas de capacidade com pelo menos um ano de antecedência.

3. Atualmente, os fornecedores nacionais não possuem capacidade de projeto e processamento para rolamentos tão grandes.

Soluções e inovações em tecnologia de rolamentos

A adoção da tecnologia SRB dupla para configurações de rolamentos principais garante suporte para turbinas de 5 a 6 MW com diâmetro de até 1,5 metros. Esta solução, apoiada por uma cadeia de abastecimento global robusta, permite o envolvimento de fornecedores locais no design e na produção. Em contraste, as tecnologias que exigem diâmetros maiores, como TRB e DRRTRB duplos, enfrentam desafios significativos de capacidade e eficiência.

Otimizando o desempenho da turbina eólica offshore

Apesar dos desafios, a empresa continua confiante em fornecer soluções eólicas offshore que geram retornos de investimento positivos. Foi criado um mapa abrangente do custo nivelado de energia (LCOE) para os parques eólicos offshore da China, orientando a definição de turbinas e ajudando os desenvolvedores a identificar projetos lucrativos. O foco não está na capacidade da turbina, mas no LCOE, sendo a geração de energia o fator mais crítico.

Adaptações Regionais e Análise de Sensibilidade do LCOE

Diferentes regiões exigem combinações variadas de potência da turbina e diâmetro do rotor para otimizar o LCOE. A empresa conduziu análises de sensibilidade LCOE para áreas com ventos fortes como Fujian, áreas com ventos fracos como Guangxi e áreas com ventos médios e fracos como Zhejiang. Os resultados indicam que turbinas de 6 a 8 MW são ideais para cenários de vento forte, enquanto turbinas de 4 a 6 MW são melhores para cenários de vento baixo a médio-baixo. Velocidades mais baixas do vento exigem diâmetros de rotor maiores e vice-versa. A utilização do Véu de Fibra de Carbono nestas turbinas é crucial para alcançar o desempenho e eficiência desejados.

Lidando com perdas de esteira em parques eólicos offshore

Os parques eólicos offshore da China enfrentam maiores perdas de esteira do que os seus homólogos europeus devido a layouts mais densos, velocidades de vento mais baixas e atmosferas mais estáveis. Uma avaliação de quase 1,5 GW de capacidade de turbina offshore revelou que as estimativas iniciais de perdas na esteira eram cerca de 2% muito baixas. Os esforços para reduzir as perdas de esteira através da tecnologia de controle de esteira em grupo resultaram em um aumento de 3-4% na geração de energia. À medida que os layouts dos parques eólicos offshore se tornam mais densos, o valor da tecnologia de controle de esteiras em grupo torna-se cada vez mais significativo. A implementação do Carbon Fiber Veil no design da lâmina não apenas melhora o desempenho, mas também mitiga o impacto das perdas de esteira.