Montaż elektrowni wiatrowych morskich

 

 

  Wiadomości wstępne

 W dobie ogromnych protestów i problemów z lokalizacją farm wiatrowych na lądzie (ustawa odległościowa), coraz więcej uwagi poświęca się farmom wiatrowych typu offshore, budowanych na morzu. Rozwiązanie doskonale spisujące się w Europie i na Świecie ma szansę stać się alternatywą dla energetyki konwencjonalnej. Przemawia za tym wiele zalet, jak:

– wiatry na obszarze morskim są bardziej stabilne i wieją z większą siłą niż nad lądem, pozwala to na osiągnięcia znacznie wyższej sprawności siłowni wiatrowej i zmniejszyć jej negatywny wpływ na sieć EE

– na morzu farmy, jak i pojedyncze konstrukcje siłowni mogą mieć niemal nieograniczone rozmiary, łatwiej jest transportować wszystkie elementy do budowy wykorzystując do tego celu transport morski, tym samym możliwe jest konstruowanie siłowni o większej mocy

– farma staje się miejscem o ograniczonej żegludze co sprzyja rozwojowi gatunków ryb i ssaków morskich

– farmy offshore są bardzo odległe od siedzib ludzkich, dlatego nie ma problemów z uzyskaniem pozwoleń na budowę związanych z protestami społecznymi

– morze daje więcej przestrzeni do lokalizacji elektrowni wiatrowych,

– morskie elektrownie wiatrowe nie powodują „dewastacji” krajobrazu i nie stanowią problemu z hałasem,

– na etapie budowy występuje większa liczba miejsc pracy niż ma to miejsce w inwestycjach na lądzie

 

Wady morskich elektrowni wiatrowych:

– większe trudności w dostępności do obiektu w czasie jego remontu lub konserwacji,

– znacznie droższa konserwacja i obsługa obiektów elektroenergetycznych,

– znacznie większe koszty budowy elektrowni i połączenia ich z siecią przesyłową energii elektrycznej,

– zastosowanie „niezawodnej” technologii budowy turbin, przez to droższej, by ograniczyć ich serwis i

wymianę części,

– wysoko korozyjne i erozyjne środowisko morskie wymagające środków zabezpieczających fundamenty

i konstrukcję elektrowni, jednocześnie nie szkodliwych dla środowiska.

 

 Historia i przyszłość farm offshore

 

Pierwsza tego rodzaju inwestycja została zrealizowana u brzegów Danii w 1991 roku. Wybudowana

elektrownia osiągnęła moc 5 MW. W historii energetyki wiatrowej ten rok uważa się za moment przełomowy. Budowa elektrowni Vindeby pozwoliła na zidentyfikowanie i rozwiązanie szeregu problemów konstrukcyjnych i technologicznych związanych z rozwojem projektów w technologii offshore. Dzięki zdobytemu doświadczeniu nastąpił dalszy rozwój tego sektora elektroenergetycznego. W obecnym czasie europejskie morskie elektrownie wiatrowe posiadają moc ponad 11 GW mocy (koniec 2015), z czego ponad 90% z nich wybudowano w północnej części Europy, na morzach: Północnym, Bałtyckim, Irlandzkim i kanale La Manche.

Rozwój morskich elektrowni wiatrowych w krajach Unii Europejskiej uzależniony jest przede wszystkim od dostępu do obszarów morskich oraz regulacji prawnych, wspierających potencjalnych inwestorów. Pod względem wielkość mocy zaprojektowanej w tych elektrowniach na pierwszy plan wysuwa się Wielka Brytania. W połowie 2011 roku brytyjskie elektrownie generowały moc na poziomie ok. 1 586 MW. Była to moc stanowiąca ponad 50% zasobów energetycznych uzyskiwanych z identyczny sposób w całej Unii Europejskiej. Oprócz Wielkiej Brytanii, tego typu inwestycje powstały w Danii (854 MW), Holandii (247MW), Niemczech (195 MW), Belgii (195 MW), Szwecji (164 MW), Finlandii (25 MW) oraz Irlandii (25 MW). Wielka Brytania również wiedzie prym w zakresie projektów znajdujących się na etapie budowy, gdzie do roku 2015 planowane jest oddanie kolejnych 4,9 GW mocy wytwórczych.  Pomimo większych kosztów związanych z budową morskich elektrowni wiatrowych, to właśnie w nich upatruje się przyszłość tego rodzaju przemysłu. Poniżej kilka wykresów obrazujących tempo rozwoju farm morskich.

ozewia292.jpg

ozewia293.jpg

Rys. a) Moc zainstalowana w farmach morskich w 2013 roku według krajów (źr. EWEA). b) rozwój energetyki morskiej w latach 1993-2013.

ozewia294.jpg

Tabela. Potencjał farm morskich w Europie w 2020 r. (źr. WindEurope).

 

Jeszcze ciekawiej wygląd statystyka mocy turbin morskich. Tutaj widać wyraźnie przewagę jednostek dużych, rzędu 8 i więcej MW.

ozewia295.jpg

Rys. Liczebność turbin według krajów i mocy jednostkowej (źr. WindEurope)

 

Turbiny morskie instalowane są na różnej głębokości w zależności od użytej technologii fundamentowania. Różna jest też odległość od brzegu. Statystykę pod tym względem pokazuje kolejny wykres. Widać wyraźnie, że przeważają konstrukcje posadowione na głębokościach do 40m w odl. od brzegu do 50km. Pojawiają sie już jednak siłownie na głębokościach większych >60, a nawet 100m (Portugalia). O tej odmianie turbin z fundamentami pływającymi (floating wind turbin) piszę poniżej.

 ozewia296.jpg

Rys. Średnia głębokość wody i odległość od brzegu morskich farm wiatrowych w budowie w 2020 r. Wielkość pęcherzyka wskazuje na zainstalowaną moc.

 

Statystyka dotycząca rodzaju wykonanych konstrukcji fundamentowych na pierwszym miejscu wymienia fundamenty monopalowe, na drugim konstrukcje kratownicowe Jacket, a na trzecim fundamenty grawitacyjne.

ozewia298.jpg

Ryc. Zastosowane w turbinach morskich rodzaje fundamentów do 2020r.

 

Turbiny z fundamentami pływającymi.

ozewia297.jpg

Tabela. Projekty w trakcie realizacji. Turbiny z fundamentami pływającymi (WindEurope)

 

Pływająca flota wiatrowa w Europie osiągnęła łącznie 62 MW do końca 2020 r., stanowiąc 83% globalnego rynku farm pływających. . Rosła w ciągu ostatniego roku wraz z uruchomieniem Windfloat Atlantic (25 MW) u pobliżu Portugalii. Inna farma Kincardine (50 MW) jest obecnie w budowie u wybrzeży Aberdeen, a kiedy zacznie działać stanie się największym projektem z pięcioma turbinami V164-9,5 MW. W Norwegii powstaje farma Hywind Tampen (88 MW). W tym roku w Niemczech i Hiszpanii przetestowano dwa prototypy w skali z innowacyjnymi projektami fundamentów. EnBW przetestował pływającą platformę morską Nezzy 2 (1:10) w zatoce Greifswald na Morzu Bałtyckim. Model łączy dwie pochylone turbiny na jednej platformie i będzie testował pełnowymiarowy prototyp w latach 2021/22. SAITEC Offshore Technologies przetestował BlueSATH (1: 6) u wybrzeży Santander. Koncepcja SATH (Swinging Around Twin Hull) została zaprojektowana tak, aby ustawić się wokół pojedynczego punktu cumowania zgodnie z kierunkiem wiatru i fal. RWE Renewables podpisało umowę o współpracy w celu przetestowania pełnowymiarowego prototypu (DemoSATH) w 2022 roku.