丹佛的Keystone Tower Systems公司说,它可以通过借用管道制造的技术来降低风能的成本。它使用螺旋焊接技术在现场将钢板卷成巨大的涡轮机塔,比目前的技术更强、更快、更便宜。
最强的风往往在高处,但正如2022年的研究表明,安装在高处的涡轮机捕捉更强的风并不一定等同于最低的能源成本。事实上,一旦你考虑到更强的地基和更高、更坚固的塔架的成本,任何高于120米(394英尺)的地方往往会带来更昂贵的电,在能源这样一个对价格高度敏感的市场,这绝对是个坏消息。
根据NREL的数据,在一个普通的商业风能装置中,大约一半的平准化能源成本(LCoE)直接来自风力涡轮机本身的成本。其中,近一半的钱在顶部的机舱里,其余的被分成转子和塔架本身,前者对平准化能源的贡献约为13.7%,后者约为10.3%。
但是,随着塔架越来越大,它们在前期CAPEX(资本支出)中的份额也不成比例地增加。一座110米(361英尺)的塔可能占项目资本支出的20%,而一座150米(492英尺)的塔成为成本的29%。而且,这还不包括处理这样的大型机械所涉及的额外后勤问题。
Keystone说,它有一个塔架制造解决方案,使大型塔架的价格如此之低,以至于"使风能成为最低成本的电源,不仅在开放的平原,而且在全世界都可用"。
这个想法很简单;与其制造一些圆柱形的"罐子",用卡车把它们运到涡轮机现场,然后把它们焊接在一起,形成最终的塔架结构,Keystone建议在现场快速建立小型制造设施,然后用卡车运来散装的钢卷,甚至是平板,可以把它们焊接在一起形成更长的条状物。这些钢卷或钢带被送入有角度的折弯机,将其折成螺旋状,在钢材转动的过程中沿着连接线连续焊接在一起,该过程的大部分是自动化的。
Keystone说,其结果是全长的塔架,或较短的部分,如果后勤到位,其生产速度是标准工厂的10倍,使用的人力可减少80%。在螺旋焊接塔的基础上也可能会有节省。工厂可以在大约一个月内准备就绪,现场建造意味着可以制造那种大直径的部分,如果你在工厂里制造并运输它们,过程中甚至连通过桥梁都麻烦。
据路透社报道,这种运输限制目前将最大直径控制在4.3米(14英尺),将塔的高度限制在80米(262英尺)左右。Keystone的技术可以扩展到生产直径超过7米(23英尺)的塔架,塔架的高度可达180米(590英尺)以上。因此,陆上风电场可以使用更高的塔架,更长的叶片,驱动更大的涡轮机,产生更多的能量。
在制造管道时,螺旋焊接是一项成熟的技术,因此制造这些长管段并对其进行质量检查的过程已经被证实。Keystone公司说,这也带来了"更好的疲劳和屈曲性能",使一定高度的塔架可以用更少的钢材来制造。由于制造厂基本上是移动的,所以很容易在码头旁边临时放置一个,并为海上安装辐射出几十个部分甚至整个塔架。
Keystone已经在德克萨斯州建立了自己的生产设施,但真正的好处将在风场现场轧制管道时开始显现虽然移动工厂装置是Keystone的关键部分,但它也在德克萨斯州建立了自己的制造工厂,并从这个工厂生产了其第一个现场安装的塔架,与通用电气可再生能源公司合作。
这第一个产品是一个89米(292英尺)的螺旋焊接塔,用于通用电气的2.8-127涡轮机。经认证,该塔架的使用寿命为40年,旨在简单地替代通用电气的标准塔架。据推测,它将提供一个良好的商业规模的案例研究,并以此为基础开展工作。
Keystone公司目前是一个小型企业,主要依靠美国政府的拨款生存。在这种制造业中,你需要规模经济来启动,然后你才能开始向客户承诺节省大量资金。但是,塔架显然是成品风力涡轮机成本的重要部分,也是尺寸与功率等式中的一个限制因素,所以Keystone的螺旋焊接技术可能成为推动可再生能源成本的有力杠杆。