Нікого не дивує, коли багатоповерхівці, зведеній десятиліття тому, роблять капітальний ремонт. Нові ліфти, опалення та водопровід дають власнику ефективну будівлю, готову до майбутнього, за мізерну частку вартості нового будівництва — і позбавляють від значної частини бюрократичних перепон, пов’язаних із новим будівництвом. Зробити те саме для іншого різновиду хмарочоса — застарілої вітротурбіни — раніше було значно рідше. Власники могли замінювати зношені деталі на нові, але силует машини змінювався нечасто. Це змінилося у 2016 році, коли GE Vernova довела: наявні вітротурбіни можна оснастити найсучаснішою технологією, щоб швидко виробляти більше енергії.

Лорен Вайант, керівниця комерційного напрямку Wind Services у GE Vernova, що працює в Іллінойсі, пам’ятає день, коли вона та її інженерна команда довели, що це можливо. Був середина літа в Техасі, і перші крани вже заїжджали на велику наземну вітрову ферму, щоб модернізувати її турбіни шляхом збільшення роторів — трьох лопатей, з’єднаних маточиною. Вайант пригадує, що команда «зробила все необхідне, щоб почуватися впевнено на папері». Їхня підготовка виправдала себе, і за кілька місяців вони посилили всі 74 турбіни на майданчику, завершивши перше у світі «часткове переоснащення» цілої вітрової ферми, що включало збільшення діаметра ротора. «У нас був доказ, щоб сказати: “Ми можемо це зробити”», — згадує Вайант.

Десятиліття потому GE Vernova зробила те саме для понад 6000 вітротурбін по всіх Сполучених Штатах, фактично написавши підручник із переоснащення для вітрової галузі. Як і у випадку з модернізацією висотки, її інженери можуть зберегти основну інфраструктуру вітротурбін, що наближаються до кінця свого первісного розрахункового терміну служби — бетонні фундаменти, сталеві башти та електричне обладнання — одночасно оновлюючи ротор і трансмісію, компоненти, що визначають продуктивність, за допомогою робочої технології GE Vernova.

Генеральний директор GE Vernova Скотт Стразік зазначив у найсвіжішому річному звіті компанії, що її встановлена база з понад 59 000 турбін є потужною стратегічною перевагою: «Ми бачимо негайну можливість переоснастити десятки гігаватів застарілих активів… забезпечуючи до 20–30% зростання річного виробництва енергії для наших клієнтів із використанням наявних підключень до мережі. GE Vernova має унікальну позицію і готова взятися за це завдання».

Більше, ніж знесення й перебудова

Часткове переоснащення має чимало переваг над традиційним методом знесення й перебудови. Ці переваги спираються на чотири принципи: збільшення виробництва, підвищення надійності, продовження терміну служби та нижчі витрати на експлуатацію й обслуговування. Частково переоснащена вітротурбіна повертається до роботи лише за кілька днів, а не за місяці. Це дозволяє оператору вітрової ферми продавати десятки тисяч «додаткових» мегават-годин безвуглецевої генерації. Часткове переоснащення також часто звільняє власників і операторів від копіткої документації, потрібної для нових проєктів, як-от дозволів на виведення з експлуатації та змінених угод із мережею.

Модифікації передньої частини турбіни зосереджені на збільшенні ротора — нові, довші лопаті вловлюють слабші вітри, що дозволяє виробляти більше електроенергії. Процес також зазвичай продовжує експлуатаційний термін турбін більш ніж на 20 років.

Разом із Вайант очолював місію GE Vernova з переоснащення вітрових активів Девід Еш, досвідчений менеджер із продуктів для вітроенергетики зі Скенектаді, штат Нью-Йорк. Еш, який опанував мистецтво переоснащення на досвіді з потужними газовими турбінами у 1990-х, кинув виклик Вайант і команді в середині 2016 року.

«Я хотів якомога більший ротор, але щоб не перекинути башту і не копати траншеї біля турбіни, — каже він. — Я залишив їм з’ясувати, наскільки великий».

Вайант і її команда прийняли виклик. «За попереднє десятиліття ми вже багато дізналися про те, як вітер впливає на турбіну, і втілили це у свої технології та оцінки втоми, — пояснює вона. — Ми були готові йти до більшого й кращого».

Нове життя

Інженери GE Vernova роками переоснащують теплові електростанції. Це логічно, адже нові газові турбіни та супутня інфраструктура, як-от дороги, фундаменти й підстанції, легко можуть коштувати сотні мільйонів доларів.

«Ви ніколи не знесете газові турбіни, щоб поставити на їхнє місце більші, — каже Еш. — Ви постійно їх модернізуєте й покращуєте їхню продуктивність протягом життєвого циклу».

Коли відновлювана енергетика та комерційна вітрогенерація стрімко зростали на початку 2010-х, інженери GE Vernova замислилися, чи можна застосувати ту саму філософію до наземних вітрових парків. «Ми запитали себе: чому ми дозволяємо цим активам вичерпуватися? — каже Еш. — Чи могли б ми продовжити їхній термін служби й водночас покращити їхні експлуатаційні можливості?»

Інженери почали прораховувати ротори, обчислюючи, як збільшення довжини лопатей збільшить їхню ометувану площу. Їхні розрахунки збіглися, але постала інженерна дилема. Чи могли б вони збільшити лопаті, якщо все інше — фундаменти турбіни, сталева башта й головка машини — залишиться незмінним?

«Ця 15-річна інфраструктура мала витримати цей новий, більший ротор», — каже Еш. Завдяки стрімкому прогресу у виробництві та матеріалознавстві лопаті вітротурбін ставали більшими, але й легшими.

«У 2016 році ми були на світлові роки попереду того, де були у 2006-му», — каже Ден Мессьє, керівник поточної продуктової лінійки Repower зі Скенектаді, штат Нью-Йорк.

Пошук формули

GE Vernova звернулася до Вайант і команди, які взялися відповідати на запитання Еша «Наскільки великими ми можемо стати?». Дуже скоро вони видавали інсайти про втомне навантаження та аеропружність із гір історичних даних.

«Ми з’ясували, що можемо перейти від діаметра ротора 77 метрів до 87 метрів для початку, а зрештою дійшли до 97 метрів», — каже Вайант. Вони розрахували, як керувати кутом атаки та поворотом довших лопатей для оптимальної безпеки, механічного навантаження й вихідної потужності. Вони зрозуміли, що також потрібно оновити компоненти ротора нижче за лопаті, що обертаються, як-от підшипники кроку, головний вал і редуктор.

Різноманітна географія Америки стала ще одним викликом. «Як узяти 10 років різних швидкостей вітру в Техасі, Небрасці чи Айові й змоделювати це на наступні два десятиліття?» — запитує Вайант. Команда консультувалася з інженерами з нових проєктів, експертами з компонентів і механіками, щоб відшліфувати свою формулу переоснащення.

Дизайн швидко отримав сертифікацію третьої сторони. «У це вірить не лише наша команда, — каже Вайант. — Це справжній продукт, який клієнти можуть показати своєму банківському менеджеру».

На початку 2017 року відкрилися шлюзи: проєкти переоснащення почали надходити на стіл Вайант з усього Техасу. За 18 місяців після липня 2016 року вони переоснастили 1100 турбін.

«Ми помчали вперед», — каже Еш.

Відтоді вони підвищили темп. Сьогодні часткове переоснащення вітротурбіни продуктами GE Vernova займає лише два дні — це перевірені, повторювані технології, що виготовляються й перевіряються в масштабі. Інженери та польові бригади можуть працювати на чотирьох-п’яти турбінах одночасно, тож цілу вітрову ферму можна повністю переоснастити за кілька тижнів. GE Vernova допомогла власникам і операторам у Техасі, Небрасці, Каліфорнії та ще 14 штатах продовжити термін служби вітрових ферм і підвищити доступність.

Еш ніколи не сумнівався, що Вайант та інженерна команда впораються. «Ми вже 10 років займаємося переоснащенням, — каже він. — Лорен і її команда сказали, що продемонструють структурні можливості цих машин, і саме це вони й зробили».

Тим часом формула переоснащення продовжуватиме розвиватися, каже Вайант. «Існує так багато різних базових моделей турбін, що ми розробили багато різних “смаків”» переоснащення, — зазначає вона. «Десять років тому цього просто не існувало», — додає вона. Як менеджер із продуктів, Мессьє прагне підкреслити, що одне не змінилося: «Переоснащені установки були такої високої якості від самого початку, — каже він. — Це досі та сама історія й десятиліття потому».

Джерело