GE lắp đặt tháp tuabin gió hàn xoắn ốc đầu tiên trên thế giới
Keystone cho biết các cơ sở sản xuất ống đường kính lớn tại chỗ ở các trang trại gió có thể được thiết lập và sẵn sàng hoạt động trong vòng khoảng một tháng.
Hệ thống tháp Keystone của Denver cho biết họ có thể cắt giảm chi phí năng lượng gió bằng công nghệ vay mượn từ sản xuất đường ống. Nó sử dụng các kỹ thuật hàn xoắn ốc để cuộn thép tấm thành các tháp tua-bin khổng lồ tại chỗ, mạnh hơn, nhanh hơn và rẻ hơn so với các kỹ thuật hiện tại.
Những cơn gió mạnh nhất có xu hướng ở trên cao hơn, nhưng như nghiên cứu năm 2022 này cho thấy, các tua-bin lắp ở vị trí cao hơn đón gió mạnh hơn không nhất thiết đồng nghĩa với mức chi phí năng lượng thấp nhất. Thật vậy, một khi bạn tính đến chi phí của nền móng vững chắc hơn và các tòa tháp cao hơn, chắc chắn hơn, thì bất cứ thứ gì cao hơn khoảng 120 m (394 ft) có xu hướng dẫn đến điện đắt hơn – và trong một thị trường nhạy cảm về giá như năng lượng, đó là một tin xấu.
Theo NREL, khoảng một nửa Chi phí năng lượng được điều chỉnh (LCoE) trong một hệ thống lắp đặt năng lượng gió thương mại trung bình đến trực tiếp từ chi phí của chính các tuabin gió. Trong số đó, gần một nửa số tiền nằm trong vỏ bọc ở trên cùng và phần còn lại được chia cho các cánh quạt, đóng góp khoảng 13,7% cho LCoE và bản thân tòa tháp, vào khoảng 10,3%.
Nhưng khi các tòa tháp ngày càng lớn hơn, phần của chúng trong CAPEX trả trước (chi phí vốn) tăng lên một cách không tương xứng. Tòa tháp cao 110 m (361 ft) có thể chiếm 20% CAPEX của dự án, trong khi tòa tháp cao 150 m (492 ft) chiếm 29% chi phí. Và đó là chưa kể đến các vấn đề hậu cần bổ sung liên quan đến việc xử lý những cỗ máy khổng lồ như thế này.
Keystone cho biết họ có một giải pháp xây dựng tháp giúp hạ giá của các tháp lớn xuống thấp đến mức "làm cho [các] năng lượng gió trở thành nguồn năng lượng có chi phí thấp nhất hiện có, không chỉ ở vùng đồng bằng rộng mở mà còn trên toàn thế giới."
Ý tưởng là đủ đơn giản; thay vì tạo ra một số "thùng" hình trụ, vận chuyển chúng đến vị trí tua-bin và hàn chúng lại với nhau để tạo ra cấu trúc tháp cuối cùng, Keystone đề xuất xây dựng nhanh các cơ sở sản xuất nhỏ tại chỗ, sau đó vận chuyển các cuộn thép với số lượng lớn bằng xe tải hoặc thậm chí các tấm phẳng, có thể được hàn lại với nhau để tạo thành các dải dài hơn. Các cuộn hoặc dải này được đưa vào các máy uốn góc để uốn chúng thành hình xoắn ốc, được hàn với nhau dọc theo đường nối liên tục khi thép được quay. Phần lớn quy trình được tự động hóa, như bạn có thể thấy trong video bên dưới.
Hàn xoắn ốc Keystone
Keystone cho biết, kết quả là các tòa tháp có chiều dài đầy đủ hoặc các phần ngắn hơn nếu điều đó dễ dàng hơn về mặt hậu cần, được sản xuất nhanh hơn 10 lần so với một nhà máy tiêu chuẩn có thể làm được, sử dụng ít nhân lực hơn tới 80%. Cũng có thể có tiết kiệm trong nền móng được sử dụng cho tháp hàn xoắn ốc. Nhà máy có thể sẵn sàng hoạt động trong vòng khoảng một tháng và việc xây dựng tại chỗ có nghĩa là bạn có thể tạo ra các loại mặt cắt có đường kính lớn mà đơn giản là không thể lắp vừa dưới gầm cầu nếu bạn sản xuất chúng trong nhà máy và vận chuyển chúng.
Hạn chế vận chuyển này, theo Reuters, hiện giữ đường kính tối đa xuống 4,3 m (14 ft) – giới hạn chiều cao tháp ở mức khoảng 80 m (262 ft). Công nghệ của Keystone có thể mở rộng quy mô để tạo ra các tháp có đường kính trên 7 m (23 ft), dành cho các tháp cao tới và hơn 180 m (590 ft). Vì vậy, các trang trại gió trên bờ có thể vận hành các tòa tháp cao hơn, với các cánh quạt dài hơn, vận hành các tua-bin lớn hơn và tạo ra nhiều năng lượng hơn.
Hàn xoắn ốc là một công nghệ lâu đời khi chế tạo đường ống, vì vậy quy trình tạo và kiểm tra chất lượng các đoạn ống dài này đã được chứng minh. Keystone cho biết nó cũng dẫn đến "hiệu suất mỏi và oằn tốt hơn", cho phép các tòa tháp có chiều cao nhất định được chế tạo bằng ít thép hơn. Và vì nhà máy sản xuất về cơ bản là di động, nên đủ dễ dàng để đặt một cái tạm thời bên cạnh một bến tàu và bắn ra hàng chục phần hoặc toàn bộ tháp để lắp đặt ngoài khơi.
Keystone đã thành lập cơ sở sản xuất của riêng mình ở Texas, nhưng lợi ích thực sự sẽ bắt đầu đến khi các đường ống được cuộn tại chỗ tại một trang trại gió
Hệ thống tháp Keystone
Mặc dù đơn vị nhà máy di động là một phần quan trọng trong cuộc chơi của Keystone, nhưng nó cũng thành lập cơ sở sản xuất của riêng mình ở Texas và từ nhà máy này, nó đã sản xuất tòa tháp cho lần lắp đặt trực tiếp đầu tiên, hợp tác với General Electric Renewable Energy.
Sản phẩm đầu tiên này là một tháp hàn xoắn ốc cao 89 m (292 ft) dành cho tuabin 2.8-127 của GE. Được chứng nhận có tuổi thọ 40 năm, tháp được thiết kế để thay thế đơn giản cho các tháp tiêu chuẩn của GE. Có lẽ nó sẽ cung cấp một nghiên cứu tình huống quy mô thương mại tốt để từ đó tiến hành.
Chắc chắn, Keystone hiện là một hoạt động nhỏ, tồn tại chủ yếu nhờ vào các khoản trợ cấp của chính phủ Hoa Kỳ. Trong loại hình sản xuất này, bạn cần phát huy hiệu quả kinh tế theo quy mô trước khi có thể bắt đầu hứa hẹn tiết kiệm lớn cho khách hàng. Nhưng tòa tháp rõ ràng là một phần quan trọng trong chi phí của một tuabin gió đã hoàn thành, cũng như một yếu tố hạn chế trong phương trình kích thước so với công suất, vì vậy kỹ thuật hàn xoắn ốc của Keystone vẫn chưa thể trở thành một đòn bẩy mạnh mẽ để di chuyển chi phí năng lượng tái tạo.
