Höga torn för vindkraftverk

Transkript

1 Höga torn för vindkraftverk Vilka torntyper är intressanta? Vad kostar höjden? Staffan Engström Framtidens vindkraft Göteborg 9 oktober 2013

2 Favorit i repris! q Baseras på Elforsk-rapport 2010:48 q Med uppdateringar_

3 Höga torn för vindkraftverk q Inventera torntyper q Under lika förutsättningar dimensionera torn för användning i skog q Beräkna investering/produktion, /(MWh/år) q Hur högt lönar det sig att bygga? q Vilka torntyper är aktuella i fortsättningen? q Liten studie q Beräkningar utförda av Tomas Lyrner, WEC q Vattenfall-rapport 2008 om höga torn har utnyttjats_

4 Bakomliggande idé D 100 m H 95 m D/H 125 m q Skogen bromsar vinden men gör också att den ökar starkt med höjden! q Vindgradient ca 0,33 mot normalt 0,2. q Motiv för högre torn i skog_

5 Förutsättningar q Data för vindkraftverk enligt amerikanska NREL q Medelvind 6,2 m/s på 100 m höjd q Vindgradient 0,33 (skogsterräng) q Följer den internationella standarden IEC q Extremfall under normal drift dimensionerande_

6 Installationsmetoder: 1. Mobilkran q Dominerar helt idag q Förhållandevis ekonomisk q Upp till m q Vindkänslig (5-8 m/s) q Stort markbehov för största kranar_ Lyft av 340 t navsektion för Enercon E-126 7,5 MW med en Terex Demag CC9800 kran på larvband. Navhöjd 138 m.

7 Installationsmetoder: 2. Lyftmaster q Klarar åtminstone 175 m q Inte vindkänslig (15-18 m/s) q Litet ytbehov q Dyrt!_ Montage av Scanwind 3 MW verk av Sarens Transrig AS

8 Installationsmetoder: 3. Byggkran q Självklättrande tornkran av byggtyp med 151 m krokhöjd q Tar stöd i vindkraftverkets torn q Minskar stål- och transportbehov till en femtedel jämfört med mobilkran q Styrning från hytt i tornet q Lyft upp till 20 m/s q Litet ytbehov q Lindénkranar i Västerås utvecklade tornkranen på 1960-talet q Klart intressant! q Men inte med i Elforsk-studien_ Montage av vindkraftverk i Bischberg, Tyskland, med 140 m navhöjd. Liebherr 630 EC-H Lictronic i vindkraftsutförande.

9 Torntyp 1: Svetsat, flänsat rörtorn q Dagens vanligaste torntyp q Transport begränsar basdiameter till 4,5 m q Problem med vikt/kostnad över ca 100 m höjd även för fundament_

10 Svetsat rörtorn 3 och 5 MW kostnad komplett verk MW 700 Investment /MWh/yr MW 3 MW non-resonance Hub height m q Går ej över 150 (100) m på grund av diameterbegränsning q Sjunkande kostnad med ökad tornhöjd q Ingen kostnadsfördel med 5 MW verk_

11 Vindkraftverk med svetsat rörtorn 3 MW - kostnadsfördelning Lifting P ower c able Foundation Transport Tower WTG Hub height m q Tornet tar allt större kostnadsandel vid högre höjd q Men totalkostnaden sjunker_

12 Torntyp 2: Rörtorn med friktionsförband q Rörtorn med friktionsförband även i längsgående skarvar q Nytt (nästan)! q Tar bort transportbegränsning q Tillämpas bland annat av Andresen Towers för Siemens_ Andresen Towers, Danmark

13 Rörtorn med friktionsförband 3 MW q Lyfttorn höjer kostnad över 150 m höjd_

14 Torntyp 3: Förspänt betongtorn q Betongen distansmaterial q Styrkan ges av spännarmeringen q Bra vid utmattning_ Kostnadsfördelning för 3 MW glidformsgjutet torn

15 Förspänt betongtorn elementbyggt 1 q Betong kräver lite underhåll q Numera vanligast med elementbyggda betongtorn q Kortare tid för bygge/ montage, mindre väderberoende q Kan ge stora besparingar q Tillämpas av Enercon m fl_ Enercon

16 Förspänt betongtorn elementbyggt 2 q Advanced Tower Systems gör elementbyggda torn med färre formar_ Advanced Tower Systems

17 Hybridtorn betong - stål q Överdelen av betongtorn ersätts med rörtorn q Inga problem med transport och plåttjocklek q I vår studie högst 4,5 m diameter q Översta 50 m (3 MW) eller 40 m (5 MW) q Även tekniska fördelar lättare konstruera betongtornet, styra egenfrekvenser q Tillämpas av Enercon m fl_ Siemens 2,3 MW på torn från Advanced Tower System

18 Torntyp 4: Fackverkstorn q Låg vikt q Lång erfarenhet q Omfattande underhåll (efterdragning av bultar) q Dynamik besvärlig, särskilt i torsion q Svåra vid nedisning q Hiss kan hindras q Omdiskuterade ur estetisk synpunkt (+ -)_ Fuhrländer 2,5 MW verk med 100 m turbindiameter och 141 m navhöjd. Foto Vattenfall.

19 Torntyp 5: Trätorn q Trä sedan gammalt använt i turbinblad q Torn en mindre krävande tillämpning q Lågt pris i förhållande till styrka q Bra vid utmattning q Tyskt torn i svenskt samarbete q Endast prototyp byggd q Översiktlig beräkning_ Timbertower-torn för Vensys 1,5 MW

20 Sammanfattning q Totalt beräknat 42 torn av fem typer och två turbinstorlekar_

21 750 Sammanfattning av resultaten 3 MW 700 Investment /MWh/yr Welded steel shell Steel shell friction joint Concrete slipformed Hybrid Lattice Wood Hub height m

22 Sammanfattning av resultaten torn för 125 m navhöjd Welded steel shell S teel shell friction joint C oncrete slipformed C oncrete/s teel hybrid Lattice Wood q Billigaste kostar 30 % mindre_

23 Sammanfattning av resultaten skog/öppen mark /MWh/yr Hub height m Farmland Forest q Höga torn lönar sig bättre i skog! q Vindgradienten orsak q 0,20 respektive 0,33_ Rörtorn med friktionsskarvar

24 Diskussion och slutsatser q Höga torn lönar sig! q Särskilt i skog q Svetsat stål upp till ca 100 m navhöjd q Många andra alternativ: rörtorn med friktionsförband, trä (nytt!), förspänd betong, hybrid betong/stål, fackverk q Tornkranen klart intressant (men inte med i Elforsk-studien) q Ljus framtid med många möjligheter!_

25 Läs boken också! Ladda ned via

26

27 5 MW vindturbin Table 1. Main data for NREL 5 MW wind turbine Power 5 MW IEC Class IB Rotor orientation Upwind Number of blades 3 Control Variable speed, collective pitch Turbine diameter 126 m Rated rotor speed 11,8 rpm Blade passage frequency (3 p) 0,59 Hz Rated tip speed 78 m/s Blade weight (each) 18,8 ton Hub weight 53,6 ton Rotor weight 110 ton Nacelle weight 240 ton Tower top weight 350 ton

28 3 MW vindturbin Table 3. Main data for 3 MW turbine, derived from NREL 5 MW turbine Power 3 MW IEC Class IB Rotor orientation Upwind Number of blades 3 Control Variable speed, collective pitch Turbine diameter 100 m Rated rotor speed 14,0 rpm Blade passage frequency (3 p) 0,70 Hz Rated tip speed 73 m/s Blade weight (each) 10,5 ton Hub weight 25 ton Rotor weight 56,5 ton Nacelle weight 120 ton Tower top weight 176,5 ton

29 Vinddata och navhöjder Navhöjder, medelvind och produktion. Vindgradient 0,33 Navhöjd Medelvind Produktion MWh m m/s 3 MW 5 MW 80 5, , , , , q Dubblad höjd ger dubblad produktion_

30 Beräkningssätt q Följer den internationella standarden IEC q Tidssimuleringar q Extremfall under normal drift dimensionerande q Alla torn överkritiska q dvs tornets första egenfrekvens i böjning passeras under uppvarvning till driftvarvtal q eftersom den exiteras av bladpassagefrekvensen (3 gånger varvtalet, ( 3 p ) q Investering/årsproduktion för driftsatt vindkraftverk (ej kringkostnader, ej underhåll)_