في الآونة الأخيرة"مؤتمر تكنولوجيا هندسة طاقة الرياح البحرية في الصين،"تم إلقاء كلمة رئيسية من قبل المدير العام لخط الإنتاج الخارجي. وشدد على أن الاختناقات الحالية في توربينات الرياح البحرية في الصين تكمن في الشفرات والمحامل الرئيسية. ونظرًا لارتفاع الطلب على توربينات الرياح البحرية، فمن الأهمية بمكان أن يركز المصنعون على تقديم الحلول التي تضمن عوائد الاستثمار بناءً على سلاسل التوريد المتاحة، وبالتالي دعم التنمية المستدامة لطاقة الرياح البحرية في الصين.

رحلة تطوير شفرات توربينات الرياح

تمت مراجعة تطور شفرات توربينات الرياح في أوروبا والصين. وفي الفترة بين عامي 1991 و2015، كانت الصين تابعة من حيث قوة التوربينات وحجم الشفرة. ومع ذلك، بحلول عام 2017، طورت الصين توربينات رياح يبلغ قطرها 171 مترا، متجاوزة أوروبا التي يبلغ قطرها 164 مترا. وبحلول عام 2019، قدمت كل من أوروبا والولايات المتحدة توربينات أكبر يبلغ قطرها 220 مترًا. ويشير هذا التكافؤ في حجم التوربينات إلى أن الصين وأوروبا أصبحتا الآن على مستوى مماثل في تطوير توربينات الرياح البحرية.

التحديات والابتكارات في مجال طاقة الرياح

وفقا لمجلة علمية عالمية مشهورة، مع زيادة حجم توربينات الرياح البحرية، يواجه قطاع طاقة الرياح تحديات كبيرة في الديناميكا الهوائية، والديناميكا الهيكلية، والديناميكا المائية. البحث في هذه المجالات العلمية الأساسية لم يواكب تزايد أقطار التوربينات. وعلى النقيض من صناعة الطيران، التي لم تشهد مدى جناحي طائرة يتجاوز 80 مترا حتى بعد قرن من الزمان، فإن صناعة طاقة الرياح، في أقل من أربعة عقود، وصلت إلى أقطار توربينية تصل إلى 200 متر.

وتم تسليط الضوء على أهمية التقدم التدريجي في التقدم الهندسي والتكنولوجي. تتطلب زيادة طول الشفرة اختراقات في المواد وتقنيات التصنيع. إن الاعتماد فقط على التقنيات الحالية لزيادة حجم الشفرة لا يكفي لدعم التطوير الإضافي لطاقة الرياح البحرية.

الحاجة إلى مواد الحجاب من ألياف الكربون

لدعم الشفرات البحرية الأطول، يجب على الصناعة المغامرة في"منطقة غير مدونة على الخريطة"من مواد الحجاب من ألياف الكربون. يعكس هذا التحول الوضع قبل عقد من الزمن عندما اضطرت الصين إلى ترخيص تصميمات الشفرات من الشركات الأوروبية، مع الحصول على المواد والمعدات الأساسية من شركات ألمانية أو يابانية. إن الاستثمارات الكبيرة في القوالب، والجداول الزمنية الطويلة، وتقنيات المعالجة غير الناضجة تزيد من تعقيد عملية التطوير، مما يجعل كفاءة معالجة الشفرات كبيرة الحجم أقل بكثير من كفاءة الشفرات السائدة بمقدار 3-4 مرات. يمثل هذا عنق الزجاجة الرئيسي في ضمان جدوى المشروع في ظل السيناريوهات الحالية لتركيب طاقة الرياح البحرية واسعة النطاق في الصين. يُعد الحجاب المصنوع من ألياف الكربون ضروريًا للجيل القادم من توربينات الرياح، حيث يلبي الحاجة إلى خصائص القوة وخفة الوزن.

التحديات في سلسلة التوريد الرئيسية للمحامل

العامل الرئيسي هو عنق الزجاجة الآخر، الناشئ عن تحديات التصميم، ومشكلات سلسلة التوريد، وتعقيدات التثبيت. على وجه التحديد، تواجه سلسلة التوريد للمحامل الرئيسية للتوربينات البحرية الكبيرة ثلاثة تحديات رئيسية:

1. غالبًا ما يتجاوز قطر حلقة التحمل الرئيسية 2 متر، وهو ما يتجاوز قدرة معظم الأدوات الآلية المتاحة.

2. لا يوجد سوى موردين رئيسيين اثنين فقط، ويتطلبان حجز السعة قبل عام على الأقل.

3. يفتقر الموردون المحليون حاليًا إلى قدرات التصميم والمعالجة لمثل هذه المحامل الكبيرة.

الحلول والابتكارات في تحمل التكنولوجيا

إن اعتماد تقنية سرب المزدوجة لتكوينات المحامل الرئيسية يضمن دعم توربينات بقدرة 5-6 ميجاوات يبلغ قطرها 1.5 متر. ويسمح هذا الحل، المدعوم بسلسلة توريد عالمية قوية، بمشاركة الموردين المحليين في التصميم والإنتاج. في المقابل، تواجه التقنيات التي تتطلب أقطارًا أكبر، مثل TRB المزدوج وDRRTRB، تحديات كبيرة في مجالي القدرة والكفاءة.

تحسين أداء توربينات الرياح البحرية

وعلى الرغم من التحديات، تظل الشركة واثقة من توفير حلول طاقة الرياح البحرية التي تحقق عوائد استثمارية إيجابية. تم إنشاء خريطة شاملة لتكلفة الطاقة المستوية (سعر التكلفة) لمزارع الرياح البحرية في الصين، لتوجيه تعريف التوربينات ومساعدة المطورين على تحديد المشاريع المربحة. لا ينصب التركيز على قدرة التوربينات ولكن على تكلفة الطاقة، مع كون توليد الطاقة هو العامل الأكثر أهمية.

التكيفات الإقليمية وتحليل حساسية سعر التكلفة

تتطلب المناطق المختلفة مجموعات مختلفة من طاقة التوربينات وقطر الدوار لتحسين تكلفة الطاقة. أجرت الشركة تحليلات حساسية سعر التكلفة للمناطق ذات الرياح العالية مثل فوجيان، والمناطق ذات الرياح المنخفضة مثل قوانغشي، والمناطق ذات الرياح المتوسطة المنخفضة مثل تشجيانغ. تشير النتائج إلى أن توربينات 6-8 ميجاوات هي الأمثل لسيناريوهات الرياح العالية، في حين أن توربينات 4-6 ميجاوات هي الأفضل لسيناريوهات الرياح المنخفضة إلى المتوسطة المنخفضة. تتطلب سرعات الرياح المنخفضة أقطارًا أكبر للدوار، والعكس صحيح. يعد استخدام حجاب ألياف الكربون في هذه التوربينات أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق الأداء والكفاءة المطلوبة.

معالجة خسائر الاستيقاظ في مزارع الرياح البحرية

تواجه مزارع الرياح البحرية في الصين خسائر أكبر من نظيراتها الأوروبية بسبب التخطيطات الأكثر كثافة، وانخفاض سرعة الرياح، والأجواء الأكثر استقرارًا. وكشف تقييم ما يقرب من 1.5 جيجاوات من قدرة التوربينات البحرية أن التقديرات الأولية لخسائر التنشيط كانت منخفضة للغاية بنحو 2٪. أدت الجهود المبذولة لتقليل خسائر الاستيقاظ من خلال تقنية التحكم في الاستيقاظ الجماعي إلى زيادة بنسبة 3-4٪ في توليد الطاقة. ومع ازدياد كثافة مخططات مزارع الرياح البحرية، أصبحت قيمة تكنولوجيا التحكم الجماعي ذات أهمية متزايدة. لا يؤدي استخدام حاجز ألياف الكربون في تصميم الشفرة إلى تحسين الأداء فحسب، بل يخفف أيضًا من تأثير خسائر التنشيط.