Администрация Байдена одобрила амбициозный план на 3 миллиарда долларов по значительному увеличению производства ветряных электростанций в США. За счет финансовых стимулов и целевых проектов Министерство внутренних дел надеется быстро ускорить движение за чистую энергию. Как это предприятие может повлиять на рынок энергетики?
В нынешнем виде Соединенные Штаты играют в игру по обеспечению устойчивости, догоняя своих глобальных коллег. Согласно переписи населения 2019 года, по всей стране насчитывается почти 140 миллионов (если не больше) единиц жилья. Соответственно, американские прибрежных (оффшорные) ветрогенераторы производят непропорционально меньше электроэнергии – около 42 МВт. Для сравнения, европейские ветрогенераторы в настоящее время производят 25 ГВт, в то время как китайские эквиваленты производят около 9 ГВт.
Почему до сих пор существует несоответствие? Хотя США почти равны Европе по площади суши, в них проживает менее половины населения. Энергетические компании в ограниченной степени захватили эти обширные незанятые земли для внутренних ветряных электростанций, угольных электростанций и атомных станций. По данным Управления энергетической информации, в 2020 году на возобновляемые источники энергии приходилось всего 20% потребления энергии в Америке. Хотя энергия ветра составляет значительную часть этого, она остается каплей в море. Ветряная ферма штата Блок-Айленд в настоящее время также остается единственной оффшорной фермой. Напротив, потребление возобновляемых источников в Европе составляет 38%. В настоящее время США планируют к 2030 году выработку 30 ГВт.
Ветровые турбины полагаются на внутреннюю силовую электронику. Они имеют ключевое значение для производства, преобразования и распределения электроэнергии. В частности, все большее значение будут иметь подстанции. Оффшорные фермы расширяются в размерах по мере продвижения в открытые воды. Для этого требуется более длинный путь передачи. Мощные трансформаторы работают, чтобы уменьшить прогрессирующие потери напряжения, одновременно повышая напряжение по мере приближения токов к сети. Преобразователи переменного/постоянного тока и схемы экспорта также являются интегральными.
Эти конструкции также снижают требования к прокладке кабелей. Следовательно, крупные фермы могут получить особую выгоду от использования меньшего количества подводных кабелей. Также снижается шанс длительной деградации. Инженеры также должны учитывать глубину залегания, которая определяет восприимчивость ветряной турбины к судам и глубинному морскому давлению. Меньше кабелей - меньше точек отказа.
Традиционные ветряные электростанции могут располагаться на расстоянии более 18 миль, что усложняет техническое обслуживание. Плавающие ветряные турбины, популярные в США, значительно увеличивают это расстояние. Электроника и материалы должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать многократное использование в динамичных погодных условиях. Эти турбины готовы к работе в часы пик, а именно в дневное время, когда прибрежные ветры наиболее сильны.
По мере развития турбинных технологий ответственность за разработку более прочных и эффективных систем будет ложиться на инженеров, отвечающих требованиям развивающейся энергосистемы. Исследователи должны подумать, как электроника может компенсировать различные напряжения подключения и напряжения распределения. Этот проект может привести к более заметным пересечениям между материаловедением и схемотехникой. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии утверждает, что США могут производить более 2000 ГВт пиковой мощности на шельфе. Работа такого масштаба требует целой армии инженеров, хотя эксперты прогнозируют лишь небольшую часть этого роста в ближайшем будущем.
© digitrode.ru