Превращаясь в ветер

Ключевая роль никеля в литых деталях ветросиловых турбин
Дин Джобб (Dean Jobb)

Журнал «Никель», июнь 2007 г. -- Усилия по снижению эмиссии углерода и смягчению последствий глобального потепления повсеместно приводят к росту потребности в «чистой» энергии, произведенной силой ветра, а это создает многообещающий новый рынок для никеля.

Огромные детали ветросиловых турбин – ступицы роторов, картеры редукторов, планшайбы, детали оснастки и валы – отливаются из ковкого чугуна, преимущество которого заключается в том, что он на 10% легче углеродистой стали. Такой металл должен соответствовать строгим стандартам ударопрочности. А именно в этой области ключевая роль принадлежит никелю.

«Производители турбин заняты поисками сплава ковкого чугуна с определенными важными свойствами, включающими высокую ударопрочность при низких температурах (в северном климате), - говорит Рик Гандлах (Rick Gundlach), главный инженер-металлург исследовательской компании Stork Climax Research Services из города Уиксом, штат Мичиган, США. - Такие механические свойства было бы сложно получить у традиционного ковкого чугуна, не содержащего никель».

Традиционный ковкий чугун содержит 2 - 3% кремния, который хотя и повышает прочность металла, но делает при этом его хрупким при низких температурах. Добавка от 0,5 до 1% никеля в процессе литья (GGG 40.3) снижает потребность в кремнии и приводит чугун в соответствие с требованиями минимальной ударной прочности при температуре -20°, установленными для деталей ветросиловых турбин.

«Инженерам, занимающимся ветросиловой энергией, не нужен хрупкий материал. Им требуется металл, обладающий прочностью при низких температурах, - говорит Джеймс Маллинз (James Mullins), технический директор североамериканской ассоциации по ковкому чугуну Ductile Iron Society of North America. - Никель – один из немногих элементов, придающих металлу прочность, но не хрупкость».

Добавка такого малого количества никеля может показаться незначительной, но следует принять во внимание размеры отливаемых деталей. Ступицы ротора представляют собой кольцевые отливки с центральным отверстием для лопаток ротора и прочих деталей, настолько больших, что под ними свободно может пройти человек. Каждая может весить до 1600 кг. Для создания 4,5-мегаваттного воздушного винта турбины, способного обеспечить электричеством полторы тысячи домов, требуется от 32 до 45 тонн отливок ковкого чугуна. Уже разрабатываются более крупные турбины, и ожидается, что в будущем их размеры еще возрастут.

Поэтому одна турбина, собранная из 45 тонн отливок, может содержать почти полтонны никеля. Во всем мире только 20 предприятий могут производить отливки такой величины, «и они используют вагоны никеля», - отмечает Маллинз.

«На эти ветряные турбины – огромный спрос, - добавляет Гандлах, являющийся контрактором на проведение работ по контролю качества для двух литейных предприятий США. - Они не успевают их делать».

Увеличиваются как число турбин, так и их размеры. По оценкам Американской ассоциации ветросиловой энергии (American Wind Energy Association - AWEA), в 2007 г. в США с помощью ветра будет выработано 31 млрд. киловатт-часов электричества. При этом ожидается, что темпы роста энергетической мощи Америки будут составлять 30% в год. Однако в общем Северная Америка медленно осваивает энергию ветра. В Европе, где коммерческое производство ветросиловой энергии давно и прочно стало на ноги, ковкий чугун с добавками никеля используется для производства турбин еще с середины 1990х годов.

Правительство США продлило срок действия налоговых скидок для производителей ветряной энергии до конца 2007 г., придавая стабильность рынку турбин, испытывавшему подъемы и спады. Как сообщается в докладе AWEA, в 2006 г. четыре производителя турбин открыли новые заводы в Америке, и известные европейские производители развертывают филиалы своих компаний для снабжения растущего рынка США электричеством.

Чтобы обеспечить возможность производства необходимых отливок, американские литейные заводы переоснащаются. Например, по данным журнала «Engineered Casting Solutions», компания Cast-Fab Technologies из Цинциннати, штат Огайо, продает более четверти своей литейной продукции производителям ветросиловой энергии.

«На генераторы ветросиловой энергии существует такой спрос, что их производители не могут обеспечить литейные цеха достаточным количеством сырья для производства литейных деталей, - отмечает Гандлах. – Мы уже давно не сталкивались с новым рынком подобным этому».

Дин Джобб – наш внештатный автор из г. Галифакс, Новая Шотландия.

ФОТОГРАФИИ: iStock и General Electric

<< Назад   --   Вперед >>