A helyszínen alkalmazandó háromdimenziós nyomtatással gyártaná le a szélerőművek következő generációjának tartószerkezeti elemeit a GE.
Az egész iparág szempontjából mérföldkőnek számító fejlesztéssel a hatalmas alkatrészek szállítását kiküszöbölve jelentősen csökkenhet a szélenergia teljes élettartamra számított költsége, ráadásul az így előállítható magasabb erőművek az eddigieknél több villamos energiát lesznek képesek termelni a nagyobb magasságban fújó erősebb szelek befogásával.
Általánosságban igaz, hogy minél magasabb egy szélturbina, annál hatékonyabb, vagyis annál több energiát képes előállítani, méghozzá azon egyszerű okból kifolyólag, hogy nagyobb magasságban általában erősebben fúj a szél. A turbinatechnológia fejlesztése mellett ezért a gyártók mind magasabb szélerőműveket terveznek, ami nem csak a termelhető energia mennyiségét növeli jelentősen, de egyben tovább csökkenti a szélenergia árát is. Azt is könnyű ugyanakkor belátni, hogy minél magasabb egy szélerőmű, annál több anyagra van szükség a megépítéséhez. A tartószerkezet gigantikus beton- vagy acélkomponenseinek a telepítési helyszínre történő szállítása, illetve maga a telepítés pedig ugyancsak nem kihívásmentes, de nyugodtan nevezhető logisztikai rémálomnak is.
Ezeket a szempontokat figyelembe véve a GE azt tervezi, hogy háromdimenziós nyomtatással a telepítés helyszínén fogja előállítani a turbinák bizonyos alkatrészeit. De nem csak a 3D nyomtatás teszi különlegessé az új szélerőműveket, hanem az is, hogy a társaság tervei szerint ezzel az eljárással akár 200 méter magas tornyok is létrehozhatók lesznek, ez pedig 50 méterrel meghaladja a világ jelenlegi legerősebb és legnagyobb, szintén a GE által gyártott szélerőműve magasságát.
Az eddig alkalmazott technológiával valahol 100 méter körül húzódik a szárazföldön költséghatékonyan szállítható toronymagasság, amihez az alapoknál 4,5 méteres átmérő társul. A világ jelenleg legerősebb, 12 megawattos GE Haliade-X turbinája 150 méter magas oszlop tetején foglal helyet, a 110 méter hosszú lapátokat is beleszámítva legmagasabb pontja 260 méter magasságban van (lásd az alábbi videót). Napjaink legmagasabb, 175, illetve 164 méter magas turbinatornyait a Vestas gyártotta.
Az új, 3D nyomtatással készülő szerkezeteket szárazföldi telepítésre szánja az eljáráson egy együttműködés keretében dolgozó GE, illetve annak megújuló energia üzletága (GE Renewable Energy). A projekt megvalósítására létrejött csoport a GE mellett az optimális alapanyagok kifejlesztésén munkálkodó LafargeHolcimot és a háromdimenziós nyomtatási technológia specialistájának számító COBOD-ot foglalja magába. Az új eljárás keretében a helyszínen háromdimenziós nyomtatással alkotnák meg a szélerőmű 10-80 méter magas betonalapjait, a turbina pedig az erre kerülő acéltornyon lesz elhelyezve. Az alábbi videó a 3D nyomtatás folyamatát mutatja be.
A fejlesztők szerint míg egy tipikusnak mondható, 5 megawattos, 80 méter magasan elhelyezkedő turbina évente átlagosan 15,1 gigawattóra villamos energiát termel, egy ugyanekkora teljesítményű turbina 160 méter magasságban már 20,2 GWh áram előállítására is képes lehet, vagyis önmagában a toronymagasság megduplázásával 33 százalékkal nő a termelés, miközben a költségek csökkennek. A magasabb tartószerkezet ugyanakkor hosszabb rotorlapátok és nagyobb turbinák telepítését is lehetővé teszi.
Forrás: GE Renewable Energy/Cobod/LafargeHolcim
Az amerikai energiaügyi minisztérium alá tartozó National Renewable Energy Laboratory (NREL) 2019-es tanulmánya részletesen vizsgálta a földfelszíntől különböző magasságokban mért átlagos szélsebesség, illetve a különféle turbinaméretekkel kiaknázható potenciál kérdését. Az alábbi térképek szemléletesen mutatják, milyen jelentősen meghaladja az éves átlagos szélsebesség 160 méter magasságban a 110 méteren mért értékeket. A térképek a 80 méteres magassághoz képest mért többlet szélsebességet mutatják (méter/másodperc).
Miután az elmúlt években a háromdimenziós betonnyomtatás technológiája meglehetősen sokat fejlődött, a GE-nél abban bíznak, hogy az új eljárással nem csupán a szó szoros értelmében emelhetik új szintre az egész iparágat. Nem a GE azonban az első, mely a 3D technológiával kísérletezik: az RCAM Technologies nevű startup már 2017-ben projektet indított hasonló céllal, de a fejlesztés még jelenleg is tart. A kereskedelmi forgalomban így a GE technológiája válhat elérhetővé először; a társaság az első prototípust 2019 őszén gyártotta le, a tömegtermelést pedig 2023-ra tervezi.
Az 1980-as évek óta a szárazföldi szélturbinák mérete és teljesítménye többszörösére nőtt. Abban az évtizedben a GE fő piacának számító Egyesült Államokban a turbinákat tartó oszlopok átlagos magassága 20 méter, a maximális teljesítmény pedig 100 kilowatt körül alakult. 2017-re az átlagmagasság 84 méterre, az átlagos teljesítmény pedig több mint 2 megawattra emelkedett. Európában pedig még nagyobb méreteket értek el a szélerőművek, nem utolsó sorban azért, mert itt a talajszinthez közel általában kevésbé erősek a szelek mint a tengerentúlon.
Az amerikai energiaügyi minisztérium adatai szerint a 2018-as átlagosan 146 métert követően 2019-ben a fejlesztők már átlagosan 207 méteres, a felszíntől a rotorlapát legmagasabb pontjáig mért magassággal tervezték új szélerőmű-beruházásaikat. A projektek költségeit és a teljesítményt optimalizáló növekedés ugyanakkor bizonyos telepítési helyszíneken nagyobb ellenállást is kiválthat a helyiekből, amint ezt egy 2019-es hawaii tüntetés is mutatta – számolt be a Recharge.
A fejlesztők szerint az új technológiával a turbinák gyártására és telepítésére fordított idő és munka érdemben redukálható, különösen a szárazföldön, ahol az óriási alkatrészek szállítása még körülményesebb, mint a tengeren. A 3D nyomtató könnyebb szállíthatóságától a GE azt is reméli, hogy a szélenergiát ezáltal új, a logisztikai akadályok miatt eddig nem elérhető piacokra is sikerül majd eljuttatnia. Az eddig felsorolt előnyökön túl, az új eljárás alkalmazásával a szállításból eredő üvegházgáz-emisszió is csökkenhet.
Szélerőmű fából?
A háromdimenziós nyomtatás mellett az utóbbi időszakban egy másik technológia ígérete is felmerült az iparágban. A Modvion nevű svéd társaság ugyanis fából, pontosabban laminált fából készült szélerőmű-tornyok fejlesztésére készül, amihez egyebek mellett európai uniós támogatást is kapott. Ezek a komponensek könnyebbek, mint fémből készült társaik, ami szintén megkönnyíti a szállítást. Ugyanakkora tömeg mellett a fa komponensek erősebbek és kevesebbe is kerülnek, mint az acél, ráadásul a fa alapanyag mellett szól szén-dioxid-megkötő képessége is – hangsúlyozzák a fejlesztők. A társaság már elkészítette első, demonstrációs célú, 30 méteres tartószerkezetét, de céljuk a 120 méter meghaladása.
Forrás portfolio.hu
