Energie eoliană offshore - Offshore wind power
Energia eoliană offshore sau energia eoliană offshore reprezintă desfășurarea de parcuri eoliene amplasate în corpuri de apă. Viteze mai mari ale vântului sunt disponibile în larg în comparație cu pe uscat, astfel încât producția de energie electrică a fermelor offshore este mai mare pe cantitatea de capacitate instalată, iar opoziția NIMBY este de obicei mai slabă.
Spre deosebire de utilizarea tipică a termenului „offshore” în industria marină, energia eoliană offshore include zone de apă la mal, cum ar fi lacuri, fiorduri și zone de coastă protejate, precum și zone cu apă mai adâncă. Majoritatea parcurilor eoliene offshore folosesc turbine eoliene cu fundație fixă în apă relativ puțin adâncă. Începând cu 2020, turbinele eoliene plutitoare pentru apele mai adânci se aflau în faza incipientă de dezvoltare și desfășurare.
Începând cu 2020, capacitatea totală a energiei eoliene offshore la nivel mondial a fost de 35,3 gigavati (GW). Marea Britanie (29%), China (28%) și Germania (22%) reprezintă mai mult de 75% din capacitatea instalată globală. 1.2 GW Hornsea Project One din Regatul Unit a fost cel mai mare parc eolian offshore din lume. Alte proiecte în etapa de planificare includ Dogger Bank din Regatul Unit la 4,8 GW și Greater Changhua din Taiwan la 2,4 GW.
Costul offshore a fost în mod istoric mai mare decât cel al onshore, dar costurile au scăzut la 78 USD / MWh în 2019. Energia eoliană offshore în Europa a devenit competitivă cu sursele de energie convenționale în 2017. Generarea eoliană offshore a crescut cu peste 30% pe an în anii 2010. Începând cu 2020, energia eoliană offshore a devenit o parte semnificativă a producției de energie din nordul Europei, deși a rămas mai puțin de 1 la sută din totalul producției mondiale de energie electrică.
Istorie
Capacitate
.jpg)
Europa este liderul mondial în domeniul energiei eoliene offshore, primul parc eolian offshore ( Vindeby ) fiind instalat în Danemarca în 1991. În 2009, capacitatea medie a plăcii de identificare a unei turbine eoliene offshore în Europa a fost de aproximativ 3 MW, iar capacitatea viitorului se aștepta ca turbinele să crească la 5 MW.
O revizuire din 2013 a aspectelor tehnice ale turbinelor, cum ar fi dimensiunile utilizate la uscat, inclusiv conexiunile electrice și convertoarele, a considerat că industria a fost, în general, supraoptimistă cu privire la raportul dintre costuri și beneficii și a concluzionat că „piața eoliană offshore nu arata de parca va fi mare ". În 2013, energia eoliană offshore a contribuit la 1.567 MW din totalul de 11.159 MW al capacității eoliene construite în acel an.
Până în ianuarie 2014, 69 de parcuri eoliene offshore au fost construite în Europa cu o capacitate medie anuală nominală de 482 MW. Capacitatea totală instalată a parcurilor eoliene offshore în apele europene a ajuns la 6.562 MW. Regatul Unit a avut de departe cea mai mare capacitate de 3681 MW. Danemarca a fost a doua, cu 1.271 MW instalați, iar Belgia a fost a treia, cu 571 MW. Germania s-a clasat pe locul patru cu 520 MW, urmată de Olanda (247 MW), Suedia (212 MW), Finlanda (26 MW), Irlanda (25 MW), Spania (5 MW), Norvegia (2 MW) și Portugalia (2 MW) ).
La sfârșitul anului 2015, 3.230 de turbine la 84 de parcuri eoliene offshore din 11 țări europene au fost instalate și conectate la rețea, ceea ce face o capacitate totală de 11.027 MW.
În afara Europei, guvernul chinez a stabilit obiective ambițioase de 5 GW de capacitate eoliană offshore instalată până în 2015 și 30 GW până în 2020, care ar eclipsa capacitatea în alte țări. Cu toate acestea, în mai 2014, capacitatea energiei eoliene offshore în China a fost de doar 565 MW. Capacitatea offshore în China a crescut cu 832 MW în 2016, din care 636 MW au fost fabricate în China.
Piața construcțiilor eoliene offshore rămâne destul de concentrată. Până la sfârșitul anului 2015, Siemens Wind Power instalase 63% din capacitatea eoliană offshore din lume de 11 GW; Vestas avea 19%, Senvion a ocupat locul trei cu 8% și Adwen 6%. Aproximativ 12 GW de capacitate eoliană offshore erau operaționale, în principal în Europa de Nord, cu 3.755 MW din cei care erau conectați online în 2015. Începând cu 2020, 90% din piața globală offshore era reprezentată de companii europene.
Până în 2017, capacitatea eoliană offshore instalată la nivel mondial era de 20 GW. În 2018, eolianul offshore a furnizat doar 0,3% din furnizarea globală de energie electrică. Cu toate acestea, tocmai în 2018 s-a folosit o cantitate suplimentară de 4,3 GW de capacitate eoliană offshore la scară mondială. În Danemarca, 50% din energia electrică a fost furnizată de energie eoliană în 2018, din care 15% erau în larg. Dimensiunea medie a turbinelor instalate a fost de 6,8 MW în 2018, 7,2 MW în 2019 și 8,2 MW în 2020.
Cheltuieli
În 2010, Agenția SUA de Informare a Energiei a declarat că „energia eoliană în larg este cea mai scumpă tehnologie de generare a energiei care este luată în considerare pentru desfășurarea pe scară largă”. Starea energiei eoliene offshore din 2010 a prezentat provocări economice semnificativ mai mari decât sistemele onshore, cu prețuri cuprinse între 2,5-3,0 milioane Euro / MW. În acel an, Siemens și Vestas erau furnizori de turbine pentru 90% din energia eoliană offshore, în timp ce Ørsted A / S (pe atunci numit DONG Energy), Vattenfall și E.on erau principalii operatori offshore.
În 2011, Ørsted a estimat că, deși turbinele eoliene offshore nu erau încă competitive cu combustibilii fosili, acestea ar fi în 15 ani. Până atunci, ar fi necesare fonduri de stat și fonduri de pensii. La sfârșitul anului 2011, existau 53 de parcuri eoliene europene offshore în apele din largul Belgiei, Danemarcei, Finlandei, Germaniei, Irlandei, Olandei, Norvegiei, Suediei și Regatului Unit, cu o capacitate de funcționare de 3.813 MW, în timp ce 5.603 MW erau sub constructie. Parcurile eoliene offshore în valoare de 8,5 miliarde de euro (11,4 miliarde de dolari) erau în construcție în apele europene în 2011.
În 2012, Bloomberg a estimat că energia din turbinele eoliene offshore costă 161 EUR ( 208 USD ) pe MWh.
Costurile energiei eoliene offshore scad mult mai repede decât se aștepta. Până în 2016, patru contracte ( Borssele și Kriegers ) erau deja sub cel mai mic dintre prețurile prevăzute pentru 2050.
Dezvoltare viitoare
Proiecțiile pentru 2020 estimează o capacitate a parcului eolian offshore de 40 GW în apele europene, care ar asigura 4% din cererea de energie electrică a Uniunii Europene . Asociația Europeană a Energiei Eoliene a stabilit un obiectiv de 40 GW instalat până în 2020 și 150 GW până în 2030. Capacitatea eoliană offshore este de așteptat să ajungă la un total de 75 GW la nivel mondial până în 2020, cu contribuții semnificative din China și Statele Unite.
Organizația pentru Cooperare Economică și Dezvoltare (OCDE) a prezis în 2016 că energia eoliană offshore , va crește până la 8% din economia oceanelor până în 2030, și că industria va angaja 435.000 de oameni, adăugând 230 de miliarde $ valoare.
Comisia Europeană se așteaptă ca energia eoliană offshore va fi de o importanță crescândă în viitor, deoarece energia eoliană offshore este o parte din Green ofertă . Dezvoltarea întregului potențial al energiei eoliene offshore europene este una dintre acțiunile cheie din secțiunea Energie curată a Acordului verde.
Până în 2050, se așteaptă ca capacitatea eoliană offshore instalată să atingă 1550 GW la scară mondială. Comparativ cu capacitatea din 2017, care corespunde unei creșteri de 80 de ori.
Unul dintre progresele care caracterizează dezvoltarea actuală în industria offshore sunt tehnologiile care permit proiecte eoliene offshore mai departe de țărm, unde disponibilitatea eoliană este mai mare. În special, adoptarea tehnologiilor de fundație plutitoare s-a dovedit a fi o tehnologie promițătoare pentru deblocarea potențialului eolian pe ape mai adânci.
Economie
Avantajul localizării turbinelor eoliene în larg este că vântul este mult mai puternic în largul coastelor și, spre deosebire de vântul de pe uscat, briza din larg poate fi puternică după-amiaza, potrivindu-se cu timpul în care oamenii consumă cea mai mare energie electrică. Turbinele offshore pot fi, de asemenea, situate aproape de centrele de încărcare de-a lungul coastelor, cum ar fi orașele mari, eliminând necesitatea unor noi linii de transport pe distanțe lungi. Cu toate acestea, există mai multe dezavantaje ale instalațiilor offshore, legate de instalarea mai costisitoare, dificultatea accesului și condițiile mai dure pentru unități.
Localizarea turbinelor eoliene în larg expune unitățile la umiditate ridicată, apă sărată și pulverizare cu apă sărată care afectează negativ durata de viață, provoacă coroziune și oxidare, măresc costurile de întreținere și reparații și, în general, fac ca fiecare aspect al instalării și funcționării să fie mult mai dificil, consumând mult timp , mai periculoase și mult mai scumpe decât siturile de pe uscat. Umiditatea și temperatura sunt controlate prin condiționarea nacelei sigilate. Funcționarea și generarea susținute la viteză ridicată sporesc proporțional cerințele de uzură, întreținere și reparații.
Costul turbinei reprezintă astăzi doar o treime până la jumătate din costurile totale în proiectele offshore, restul provine din infrastructură, întreținere și supraveghere. Costurile pentru fundații, instalare, conexiuni electrice și exploatare și întreținere (O&M) reprezintă o mare parte din totalul instalațiilor offshore comparativ cu parcurile eoliene terestre. Costul instalării și al conexiunii electrice crește, de asemenea, rapid cu distanța de la țărm și adâncimea apei.
Alte limitări ale energiei eoliene offshore sunt legate de numărul încă limitat de instalații. Industria eoliană offshore nu este încă pe deplin industrializată, deoarece blocajele de aprovizionare există încă din 2017.
Costuri de investiții
Parcurile eoliene offshore tind să aibă turbine mai mari în comparație cu instalațiile de pe uscat, iar tendința este spre o creștere continuă a dimensiunii. Economia parcurilor eoliene offshore tind să favorizeze turbine mai mari, deoarece costurile de instalare și conectare la rețea scad pe unitate de energie produsă. Mai mult, fermele eoliene offshore nu au aceeași restricție în ceea ce privește dimensiunea turbinelor eoliene terestre, cum ar fi disponibilitatea terenului sau cerințele de transport.
Costuri de operare
Cheltuielile operaționale pentru parcurile eoliene sunt împărțite între întreținere (38%), activități portuare (31%), exploatare (15%), taxe de licență (12%) și costuri diverse (4%).
Costurile de exploatare și întreținere reprezintă de obicei 53% din cheltuielile operaționale și 25% - 30% din costurile totale ale ciclului de viață pentru fermele eoliene offshore. O & Ms sunt considerate una dintre barierele majore pentru dezvoltarea în continuare a acestei resurse.
Întreținerea parcurilor eoliene offshore este mult mai scumpă decât pentru instalațiile terestre. De exemplu, un singur tehnician dintr-o camionetă poate accesa rapid, ușor și în siguranță turbine pe uscat în aproape orice condiții meteorologice, poate ieși din vehiculul său și pur și simplu merge spre și în turnul turbinei pentru a avea acces la întreaga unitate în câteva minute de a ajunge la fața locului. Accesul similar la turbinele offshore implică conducerea către un doc sau un debarcader, încărcarea instrumentelor și consumabilelor necesare în barcă, o călătorie la turbina (e) eoliană, fixarea ambarcațiunii la structura turbinei, transferul sculelor și aprovizionarea la și de la barcă la turbină și turbină la barcă și efectuarea restului pașilor în ordine inversă. În plus față de echipamentele de siguranță standard, cum ar fi o cască de protecție, mănuși și ochelari de protecție, un tehnician cu turbină offshore poate fi obligat să poarte o vestă de salvare, îmbrăcăminte rezistentă la apă sau rezistentă la apă și poate chiar și un costum de supraviețuire dacă condițiile de lucru, de mare și atmosferice fac rapid salvare în caz de cădere în apă puțin probabilă sau imposibilă. De obicei, cel puțin doi tehnicieni calificați și instruiți în operarea și manipularea ambarcațiunilor mari cu motor pe mare sunt necesare pentru sarcinile pe care un tehnician cu permis de conducere le poate îndeplini pe uscat într-o fracțiune de timp la o fracțiune din cost.
Costul energiei
Costul pentru turbinele offshore instalate a scăzut cu 30% la 78 USD / MWh în 2019, o scădere mai rapidă decât alte tipuri de energie regenerabilă. S-a sugerat că inovația la scară ar putea reduce 25% din costurile eoliene offshore până în 2020. Piața eoliană offshore joacă un rol important în atingerea țintei regenerabile în majoritatea țărilor din întreaga lume.
Licitațiile în 2016 pentru proiecte viitoare au atins costuri de 54,5 EUR pe megawatt oră (MWh) la 700 MW Borssele 3 și 4 datorită licitației și dimensiunii guvernamentale și 49,90 EUR pe MWh (fără transmisie) la 600 MW Kriegers Flak .
În septembrie 2017, au fost atribuite contracte în Regatul Unit pentru un preț de greutate de 57,50 GBP pe MWh, ceea ce face ca prețul să fie mai ieftin decât cel nuclear și competitiv cu gazul.
În septembrie 2018, au fost atribuite contracte pentru Vineyard Wind, Massachusetts, SUA la un cost cuprins între 65 și 74 USD pe MWh.
Resurse eoliene offshore
Resursele eoliene offshore sunt, prin natura lor, atât la scară imensă, cât și foarte dispersate, având în vedere raportul dintre suprafața planetei care este acoperită de oceane și mări comparativ cu masa terestră. Viteza vântului în larg este cunoscută a fi considerabil mai mare decât pentru locația echivalentă de pe uscat, din cauza absenței obstacolelor de masă terestră și a rugozității mai scăzute a suprafeței apei în comparație cu caracteristicile solului, cum ar fi pădurile și savana, fapt care este ilustrat de hărțile globale ale vitezei vântului. care acoperă atât zonele terestre cât și cele offshore utilizând aceleași date de intrare și metodologie. Pentru Marea Nordului , energia turbinei eoliene este de aproximativ 30 kWh / m 2 din suprafața mării, pe an, livrată la rețea. Energia pe suprafața mării este aproximativ independentă de dimensiunea turbinei.
Potențialul de resurse tehnice exploatabile pentru vântul offshore este un factor al vitezei medii a vântului și a adâncimii apei, deoarece este posibilă doar generarea de energie electrică din resursele eoliene offshore unde turbine pot fi ancorate. În prezent, turbinele eoliene offshore cu fundație fixă pot fi instalate până la aproximativ 50 de metri (160 ft) de adâncime a mării. Dincolo de aceasta, ar fi necesare turbine de fundație plutitoare, care ar putea permite instalarea la adâncimi de până la un kilometru (3.300 ft) pe baza tehnologiilor propuse în prezent. Pe baza unei analize a adâncimilor de apă viabile și a vitezelor vântului de peste șapte metri pe secundă (23 ft / s), s-a estimat că există peste 17 terawatt (TW) de potențial tehnic eolian în larg în doar cele 50 de țări studiate, fără a include majoritatea țărilor OCDE precum Australia, Japonia, Statele Unite sau Europa de Vest. Țările bine dotate, cum ar fi Argentina și China, au aproape 2TW și respectiv 3TW de potențial, ilustrând vastul potențial al vântului offshore în astfel de locații.
Planificare și autorizare
O serie de lucruri sunt necesare pentru a obține informațiile necesare pentru planificarea punerii în funcțiune a unui parc eolian în larg. Primele informații necesare sunt caracteristicile eoliene offshore. Datele suplimentare necesare pentru planificare includ adâncimea apei, curenții, fundul mării, migrația și acțiunea valurilor, toate acestea antrenând încărcări mecanice și structurale pe configurațiile potențiale ale turbinei. Alți factori includ creșterea marină, salinitatea, glazura și caracteristicile geotehnice ale fundului mării sau lacului.
Hardware-ul existent pentru măsurători include detectarea și distanțarea luminii ( LIDAR ), detecția și distanțarea sonoră ( SODAR ), radar , vehicule subacvatice autonome (AUV) și detectarea prin satelit de la distanță, deși aceste tehnologii ar trebui evaluate și rafinate, potrivit unui raport al unui coaliție de cercetători din universități, industrie și guvern, susținută de Atkinson Center for a Sustainable Future .
Datorită multor factori implicați, una dintre cele mai mari dificultăți cu fermele eoliene offshore este capacitatea de a prezice încărcăturile. Analiza trebuie să țină seama de cuplarea dinamică dintre mișcările translaționale (supratensiune, oscilare și ridicare) și mișcările de rotație (rulare, pas și gălăgie ) și mișcările turbinei, precum și caracterizarea dinamică a liniilor de ancorare pentru sistemele plutitoare. Fundațiile și substructurile reprezintă o fracțiune mare din sistemele eoliene offshore și trebuie să ia în considerare fiecare dintre acești factori. Transferul de sarcină în chitul dintre turn și fundație poate stresa chitul, iar lagărele elastomerice sunt utilizate în mai multe turbine maritime britanice.
Coroziunea este, de asemenea, o problemă gravă și necesită considerații detaliate de proiectare. Perspectiva monitorizării la distanță a coroziunii pare foarte promițătoare folosind expertiza utilizată de industria petrolieră / gază offshore și de alte mari instalații industriale.
Mai mult, întrucât s-a constatat că eficiența generării de energie a parcurilor eoliene din vântul parcurilor eoliene offshore scade, este posibil ca luarea deciziilor strategice să aibă în vedere - transnațional - limitele și potențialele de optimizare.
Unele dintre liniile directoare pentru proiectarea parcurilor eoliene offshore sunt IEC 61400 -3, dar în SUA sunt necesare alte câteva standarde. În UE, diferite standarde naționale urmează să fie simplificate în orientări mai coezive pentru a reduce costurile. Standardele impun ca analiza sarcinilor să se bazeze pe condiții externe specifice locului, cum ar fi vântul, valurile și curenții.
Faza de planificare și autorizare poate costa mai mult de 10 milioane de dolari, poate dura 5-7 ani și poate avea un rezultat incert. Industria exercită presiuni asupra guvernelor pentru a îmbunătăți procesele. În Danemarca , multe dintre aceste faze au fost în mod deliberat raționalizate de autorități pentru a minimiza obstacolele, iar această politică a fost extinsă pentru fermele eoliene de coastă cu un concept numit „ghișeu unic”. Statele Unite au introdus un model similar numit „Smart de la început” în 2012.
În Uniunea Europeană , Directiva revizuită a energiei regenerabile din 2018 a simplificat procesul de autorizare pentru a ajuta la inițierea proiectelor eoliene.
Cadrul legal
Instalarea și funcționarea turbinelor eoliene offshore sunt reglementate atât în legislația națională, cât și în cea internațională. Cadrul juridic internațional relevant este UNCLOS (Convenția Națiunilor Unite privind dreptul mării) care reglementează drepturile și responsabilitățile statelor în ceea ce privește utilizarea oceanelor. Zona maritimă în care se află turbine eoliene offshore determină regulile de reglementare care se aplică.
În apele teritoriale (până la 12 mile marine de la linia de bază a coastei), statul de coastă are suveranitate deplină și, prin urmare, reglementarea turbinelor eoliene în larg se află pe deplin sub jurisdicția națională.
Zona economică exclusivă (până la 200 de mile marine de la linia de bază) nu face parte din teritoriul statului, ci este supusă jurisdicției și controlului exclusiv al statului de coastă în scopuri selectate, dintre care unul este producerea de energie din vânt. Aceasta înseamnă că, în această zonă, statul de coastă are dreptul să instaleze și să exploateze parcuri eoliene offshore și să stabilească în jurul lor zone de siguranță care trebuie respectate de toate navele, atâta timp cât a fost dată o notificare cu privire la instalare. De asemenea, nici instalațiile, nici zonele de siguranță nu pot interfera cu benzile maritime care sunt considerate esențiale pentru navigația internațională.
Dincolo de zonele economice exclusive se află marea liberă sau apele internaționale . În această zonă, scopul producerii de energie nu este menționat în mod explicit ca libertate în largul mării și, prin urmare, statutul juridic al instalațiilor eoliene offshore nu este clar. În mediul academic, s-a susținut că incertitudinea statutului juridic al instalațiilor eoliene offshore în largul mării ar putea deveni un obiect al disputelor interstatale privind drepturile de utilizare. Ca soluție, s-a sugerat că instalațiile eoliene offshore ar putea fi încorporate ca o libertate în largul mării, fiind considerate nave sau insule artificiale , instalații și structuri.
Începând cu 2020, producția de energie din vânturi în largul mării nu este încă fezabilă din punct de vedere tehnic din cauza complicațiilor care decurg din apele mai adânci. Cu toate acestea, tehnologia avansată a turbinelor eoliene plutitoare este un pas către realizarea proiectelor eoliene de apă adâncă.
Tipuri
Ca regulă generală, turbinele eoliene offshore cu fundație fixă sunt considerate viabile din punct de vedere tehnic în zonele cu adâncimea apei mai mică de 50 de metri (160 ft) și viteza medie a vântului de peste 7 metri pe secundă (23 ft / s). Turbinele eoliene plutitoare offshore sunt considerate viabile din punct de vedere tehnic, cu adâncimi de apă cuprinse între 50 și 1.000 de metri (160 până la 3.280 ft). Harta afișată a Vietnamului oferă o estimare a potențialului tehnic al acelei țări atât pentru fundații fixe, cât și pentru turbine eoliene plutitoare offshore în funcție de adâncimea apei.
Fundație fixă
Aproape toate parcurile eoliene care operează în prezent utilizează turbine cu fundație fixă, cu excepția câtorva proiecte pilot. Turbinele eoliene offshore cu fundație fixă au fundații fixe sub apă și sunt instalate în ape relativ puțin adânci de până la 50 până la 60 de metri (160 până la 200 ft).
Tipurile de structuri subacvatice includ monopile , trepied și sacou, cu diferite fundații la fundul mării, inclusiv monopile sau piloți multipli, baza gravitațională și chesoane . Turbinele offshore necesită diferite tipuri de baze pentru stabilitate, în funcție de adâncimea apei. Până în prezent există o serie de soluții diferite:
- Majoritatea fundațiilor au o bază monopilă (o singură coloană), cu un diametru de șase metri (20 ft), este utilizată în ape de până la 30 de metri (100 ft) adâncime.
- Structuri convenționale de înveliș din oțel, utilizate în industria petrolului și gazului, în apă de 20-80 metri (70-260 ft) adâncime.
- Structuri de bază gravitaționale, pentru utilizare în locuri expuse în apă de 20–80 m adâncime.
- Structuri îngrămădite de trepied , în apă adâncime de 20–80 m.
- Structuri de cheson de aspirație trepied, în apă adâncime de 20–80 m.
Pot fi fabricate monopile cu diametrul de până la 11 metri (36 ft) la 2.000 de tone, dar cele mai mari de până acum sunt 1.300 de tone, ceea ce este sub limita de 1.500 de tone a unor nave cu macara. Celelalte componente ale turbinei sunt mult mai mici.
Sistemul de substructură a trepiedului este un concept mai recent dezvoltat pentru a ajunge la ape mai adânci decât sistemele monopile, cu adâncimi de până la 60 m posibile. Această tehnologie constă din trei monopile legate între ele printr-o piesă comună în partea de sus. Principalul avantaj al acestei soluții este simplitatea instalării, care se realizează prin instalarea celor trei monopile și apoi prin adăugarea îmbinării superioare. Baza mai mare scade, de asemenea, riscul de a fi răsturnat.
O structură de manta din oțel provine dintr-o adaptare la industria eoliană offshore a conceptelor care au fost utilizate în industria petrolului și gazelor de zeci de ani. Principalul lor avantaj constă în posibilitatea de a atinge adâncimi mai mari (până la 80m). Principalele lor limitări se datorează costurilor ridicate de construcție și instalare.
Plutitoare
Pentru locații cu adâncimi de peste 60-80 m, fundațiile fixe sunt neeconomice sau irealizabile din punct de vedere tehnic și sunt necesare turbine eoliene plutitoare ancorate pe fundul oceanului. Blue H Technologies , care a fost achiziționată în cele din urmă de Seawind Ocean Technology , a instalat prima turbină eoliană plutitoare din lume în 2007. Hywind este prima turbină eoliană plutitoare pe scară largă din lume, instalată în Marea Nordului în largul Norvegiei în 2009. Hywind Scotland , comandată Octombrie 2017, este primul parc eolian operațional plutitor, cu o capacitate de 30 MW. Au fost implementate alte tipuri de turbine plutitoare și sunt planificate mai multe proiecte.
Axa verticala
Deși marea majoritate a turbinelor eoliene offshore și pe scară largă instalate în prezent sunt cu axă orizontală , au fost propuse turbine eoliene cu axă verticală pentru a fi utilizate în instalații offshore. Datorită instalării în larg și a centrului lor de greutate inferior, aceste turbine pot fi construite în principiu mai mari decât turbinele cu ax orizontal, cu proiecte propuse de până la 20 MW capacitate pe turbină. Acest lucru ar putea îmbunătăți economia la scară a parcurilor eoliene offshore. Cu toate acestea, nu au fost instalate demonstrații la scară largă ale acestei tehnologii.
Considerații privind materialele de construcție ale turbinei
Deoarece turbinele eoliene offshore sunt situate în oceane și lacuri mari, materialele utilizate pentru turbine trebuie modificate din materialele utilizate pentru turbine eoliene terestre și optimizate pentru rezistența la coroziune la apa sărată și noile forțe de încărcare experimentate de turn fiind parțial scufundat în apă. Unul dintre principalele motive pentru interesul pentru energia eoliană offshore este viteza mai mare a vântului, unele dintre diferențele de încărcare vor proveni din forțe de forfecare mai mari între partea de sus și de jos a turbinei eoliene datorită diferențelor de viteză ale vântului. Ar trebui, de asemenea, să se ia în considerare sarcinile de tamponare care vor fi experimentate de valurile din jurul bazei turnului, care converge către utilizarea turnurilor tubulare din oțel pentru aplicații eoliene offshore.
Deoarece turbinele eoliene offshore sunt în mod constant expuse la sare și apă, oțelul utilizat pentru monopol și turnul turbinei trebuie tratat pentru rezistență la coroziune, în special la baza turnului în „zona de stropire” pentru valuri care se sparg împotriva turnului și în monopile. Două tehnici care pot fi utilizate includ protecția catodică și utilizarea de acoperiri pentru a reduce coroziunea, care este o sursă obișnuită pentru cracarea indusă de hidrogen . Pentru protecția catodică, anodii galvanizați sunt atașați la monopile și au o diferență suficientă de potențial cu oțelul pentru a fi corodat preferențial față de oțelul utilizat în monopile. Unele acoperiri care au fost aplicate turbinelor eoliene offshore includ acoperiri cu zinc la cald și 2-3 acoperiri epoxidice cu un strat de poliuretan.
Instalare
Pentru instalarea fundației și a turbinei se utilizează platforme specializate de încărcare (nave de instalare a turbinei). Începând cu 2019, se construiește următoarea generație de nave, capabile să ridice 3-5.000 de tone la 160 de metri (520 ft). Componentele mari pot fi dificil de instalat, iar giroscopurile pot îmbunătăți precizia de manipulare.
Un număr mare de fundații monopile au fost folosite în ultimii ani pentru construirea economică a parcurilor eoliene offshore cu fund fix în locații cu apă puțin adâncă. Fiecare folosește un singur element structural, în general cu diametru mare, pentru a susține toate sarcinile (greutatea, vântul etc.) ale unei structuri mari deasupra suprafeței. Alte tipuri sunt trepiede (oțel) și fundații de bază gravitaționale (beton).
Procesul de construcție tipic pentru o fundație monopilă subacvatică a turbinei eoliene în nisip include utilizarea unui șofer de pilotaj pentru a conduce o grămadă mare de oțel adânc de 25 de metri (82 ft) adânc în fundul mării, printr-un strat de 0,5 metri (20 in) mai mare piatră și pietriș pentru a minimiza eroziunea în jurul grămezii. Aceste grămezi pot avea un diametru de patru metri (13 ft) cu pereți groși de aproximativ 50 de milimetri (2,0 in). O piesă de tranziție (completă cu caracteristici preinstalate, cum ar fi amenajarea aterizării bărcii, protecție catodică , conducte de cablu pentru cabluri sub-marine, flanșă a turnului turbinei etc.) este atașată la grămada acum acționată adânc, nisipul și apa sunt îndepărtate din centrul grămezii și înlocuit cu beton . Un strat suplimentar de piatră și mai mare, cu un diametru de până la 0,5 m, este aplicat pe suprafața fundului mării pentru protecție împotriva eroziunii pe termen lung.
Pentru ușurința instalării turnurilor și conectării acestora la fundul mării, acestea sunt instalate în două părți, porțiunea de sub suprafața apei și porțiunea de deasupra apei. Cele două porțiuni ale turnului sunt unite printr-o piesă de tranziție care este umplută cu o conexiune mortuară. Conexiunea mortară ajută la transferul încărcăturilor experimentate de turnul turbinei pe fundația monopilă mai stabilă a turbinei. O tehnică pentru întărirea mortarului utilizat în conexiuni este includerea de margele de sudură cunoscute sub numele de chei de forfecare de-a lungul lungimii conexiunii de mortar pentru a preveni orice alunecare între monopile și turn.
Conexiune la rețea
.jpg)
Există mai multe tipuri diferite de tehnologii care sunt explorate ca opțiuni viabile pentru integrarea energiei eoliene offshore în rețeaua terestră. Cea mai convențională metodă este prin intermediul liniilor de transmisie de curent alternativ de înaltă tensiune (HVAC). Liniile de transmisie HVAC sunt în prezent forma cea mai frecvent utilizată de conexiuni la rețea pentru turbine eoliene offshore. Cu toate acestea, există limitări semnificative care împiedică HVAC să fie practice, mai ales pe măsură ce crește distanța până la turbine offshore. În primul rând, HVAC este limitat de curenții de încărcare a cablurilor, care sunt rezultatul capacității cablurilor. Cablurile AC submarine au o capacitate mult mai mare decât cablurile AC aeriene, astfel încât pierderile datorate capacității devin mult mai semnificative, iar magnitudinea tensiunii la capătul receptor al liniei de transmisie poate fi semnificativ diferită de magnitudinea la capătul generator. Pentru a compensa aceste pierderi, trebuie adăugate la sistem mai multe cabluri sau compensare reactivă. Ambele acestea adaugă costuri sistemului. În plus, deoarece cablurile HVAC au atât putere reală cât și reactivă care curge prin ele, pot exista pierderi suplimentare. Din cauza acestor pierderi, liniile HVAC subterane sunt limitate în ceea ce privește cât de mult se pot extinde. Distanța maximă adecvată pentru transmisia HVAC pentru energia eoliană offshore este considerată a fi de aproximativ 80 de kilometri (50 mi).
Utilizarea cablurilor de curent continuu de înaltă tensiune (HVDC) a fost o alternativă propusă la utilizarea cablurilor HVAC. Cablurile de transmisie HVDC nu sunt afectate de curenții de încărcare a cablului și suferă mai puține pierderi de energie deoarece HVDC nu transmite putere reactivă. Cu pierderi mai mici, liniile HVDC submarine se pot extinde mult mai departe decât HVAC. Acest lucru face ca HVDC să fie preferabil pentru amplasarea turbinelor eoliene foarte departe în larg. Cu toate acestea, HVDC necesită convertoare de putere pentru a se conecta la rețeaua de curent alternativ. Au fost luate în considerare atât convertoarele comutate de linie (LCC), cât și convertoarele de sursă de tensiune (VSC) . Deși LCC-urile sunt o tehnologie mult mai răspândită și mai ieftină, VSC-urile au mult mai multe beneficii, inclusiv puterea activă independentă și controlul puterii reactive. S-au pus noi cercetări în dezvoltarea tehnologiilor HVDC hibride care au un LCC conectat la un VSC printr-un cablu DC.
Pentru a transporta energia de la turbine eoliene offshore la centralele energetice de pe uscat, cablurile trebuie amplasate de-a lungul fundului oceanului. Cablarea trebuie să poată transfera cantități mari de curent în mod eficient, ceea ce necesită optimizarea materialelor utilizate pentru cablare, precum și determinarea căilor de cablu pentru utilizarea unei cantități minime de materiale de cablu. O modalitate de a reduce costul cablurilor utilizate în aceste aplicații este de a converti conductoarele de cupru în conductoare de aluminiu, cu toate acestea, înlocuirea sugerată aduce o problemă a mișcării crescute a cablurilor și a deteriorării potențiale, deoarece aluminiul este mai puțin dens decât cuprul.
întreținere
Turbinele sunt mult mai puțin accesibile atunci când sunt în larg (necesitând utilizarea unei nave de serviciu sau a unui elicopter pentru accesul de rutină și a unei platforme jackup pentru servicii grele, cum ar fi înlocuirea cutiei de viteze) și, prin urmare, fiabilitatea este mai importantă decât pentru o turbină de pe uscat. Unele parcuri eoliene situate departe de posibilele baze terestre au echipe de servicii care locuiesc la fața locului în unități de cazare în larg . Pentru a limita efectele coroziunii asupra palelor unei turbine eoliene, se aplică o bandă de protecție din materiale elastomerice, deși straturile de protecție împotriva eroziunii picăturilor oferă o protecție mai bună împotriva elementelor.
O organizație de întreținere efectuează întreținerea și reparațiile componentelor, cheltuind aproape toate resursele sale pe turbine. Modul convențional de a inspecta lamele este ca lucrătorii să descindă lama, luând o zi pe turbină. Unele ferme inspectează lamele a trei turbine pe zi fotografiindu- le din monopile printr-un obiectiv de 600 mm , evitând să urce. Alții folosesc drone de cameră .
Datorită naturii lor îndepărtate, prognosticul și sistemele de monitorizare a sănătății pe turbine eoliene offshore vor deveni mult mai necesare. Acestea ar permite o mai bună planificare a întreținerii la timp, reducând astfel operațiunile și costurile de întreținere. Potrivit unui raport al unei coaliții de cercetători din universități, industrie și guvern (susținut de Atkinson Center for a Sustainable Future ), punerea la dispoziție a datelor de teren de la aceste turbine ar fi de neprețuit în validarea codurilor de analiză complexe utilizate pentru proiectarea turbinei. Reducerea acestei bariere ar contribui la educarea inginerilor specializați în energia eoliană.
Dezafectare
Pe măsură ce primele parcuri eoliene offshore ajung la sfârșitul vieții, se dezvoltă o industrie de demolare pentru a le recicla la un cost de 2-4 milioane DKK (300.000-600.000 USD) aproximativ pe MW, care să fie garantat de proprietar. Primul parc eolian în larg care a fost dezafectat a fost Yttre Stengrund în Suedia în noiembrie 2015, urmat de Vindeby în 2017 și Blyth în 2019.
Impact asupra mediului
Parcurile eoliene offshore au un potențial de încălzire globală foarte scăzut pe unitate de electricitate generată, comparabil cu cel al parcurilor eoliene terestre. Instalațiile offshore au, de asemenea, avantajul unui impact limitat al zgomotului și asupra peisajului în comparație cu proiectele terestre. Mai mult, în câteva cazuri locale există dovezi că instalațiile eoliene offshore au contribuit la refacerea ecosistemelor deteriorate, funcționând ca recife artificiale .
În timp ce industria eoliană offshore a crescut dramatic în ultimele decenii, există încă o mare incertitudine asociată cu modul în care construcția și funcționarea acestor parcuri eoliene afectează animalele marine și mediul marin. Preocupările de mediu comune asociate cu dezvoltarea eoliană offshore includ:
- Riscul ca păsările marine să fie lovite de palele turbinei eoliene sau să fie strămutate din habitate critice;
- Zgomotul subacvatic asociat procesului de instalare a antrenării turbinelor monopile în fundul mării;
- Prezența fizică a fermelor eoliene offshore care modifică comportamentul mamiferelor marine, al peștilor și al păsărilor marine cu atracție sau evitare;
- Posibila perturbare a mediului marin nearfield și farfield din marile proiecte eoliene offshore.
- Riscul introducerii speciilor invazive la remorcarea fundațiilor de la port la amplasament.
Deoarece eolianul offshore este o industrie relativ nouă, nu există încă nicio dovadă cu privire la impactul pe termen lung al activităților eoliene offshore asupra mediului și nici studii privind efectele cumulative asupra mai multor activități marine din aceeași zonă.
Baza de date Tethys oferă acces la literatura științifică și informații generale despre efectele potențiale ale mediului eolian în larg pentru mediu.
Cele mai mari parcuri eoliene offshore
Proiecte
Majoritatea proiectelor actuale se află în apele europene și din Asia de Est.
Există, de asemenea, mai multe evoluții propuse în America de Nord. Proiecte sunt în curs de dezvoltare în Statele Unite în zonele bogate în vânt din Coasta de Est, Marea Lacuri și coasta Pacificului. În ianuarie 2012, a fost introdusă o abordare de reglementare „Smart for the Start”, concepută pentru a accelera procesul de amplasare, încorporând în același timp protecții de mediu puternice. Mai exact, Departamentul de Interne a aprobat „zone de energie eoliană” în largul coastelor, unde proiectele se pot deplasa mai rapid prin procesul de aprobare a reglementărilor. Primul parc eolian offshore din SUA este parcul eolian Block Island de 30 de megawați cu 5 turbine , care a fost pus în funcțiune în decembrie 2016. Mulți pescari sportivi și biologi marini cred că bazele celor cinci turbine eoliene de 6 megawați de pe insula Block acționează ca recif artificial.
Un alt parc eolian în larg care se află în faza de planificare se află în largul coastei Virginia Beach . La 3 august 2018, Dominion Energy și-a anunțat programul pilot de două turbine eoliene care se va afla la 27 de mile în larg de Virginia Beach. Zona este supusă unui sondaj care va dura 4-6 săptămâni.
Energia eoliană canadiană din provincia Ontario urmărește câteva locații propuse în Marile Lacuri , inclusiv eolianul suspendat Trillium Power Wind 1 la aproximativ 20 km de țărm și o capacitate de peste 400 MW. Alte proiecte canadiene includ unul pe coasta de vest a Pacificului.
India se uită la potențialul centralelor eoliene offshore, o centrală demonstrativă de 100 MW fiind planificată în largul coastei Gujarat (2014). În 2013, un grup de organizații, condus de Global Wind Energy Council (GWEC), a început proiectul FOWIND (Facilitating Offshore Wind in India) pentru a identifica zonele potențiale pentru dezvoltarea energiei eoliene off-shore în India și pentru a stimula activitățile de cercetare și dezvoltare în acest zonă. În 2014, FOWIND a comandat Centrul pentru Studiul Științei, Tehnologiei și Politicii (CSTEP) să întreprindă studii de prefezabilitate în opt zone din Tamil Nadu, care au fost identificate ca având potențial.
Energia eoliană offshore pe țări
Majoritatea parcurilor eoliene offshore se află în prezent în nordul Europei. Doar Regatul Unit și Germania au reprezentat aproximativ două treimi din capacitatea totală a energiei eoliene offshore instalate la nivel mondial în 2016. Alte țări, precum China, își extind rapid capacitatea eoliană offshore.
| Rang | Țară | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Regatul Unit | 5.156 | 6.651 | 7.963 | 9.723 | 10,428 |
| 2 | China | 1.627 | 2.788 | 4.588 | 6.838 | 9.996 |
| 3 | Germania | 4.108 | 5.411 | 6.380 | 7.493 | 7.689 |
| 4 | Olanda | 1.118 | 1.118 | 1.118 | 1.118 | 2.611 |
| 5 | Belgia | 712 | 877 | 1.186 | 1.556 | 2.261 |
| 6 | Danemarca | 1.271 | 1.268 | 1.329 | 1.703 | 1.703 |
| 7 | Suedia | 202 | 202 | 192 | 191 | 192 |
| 8 | Coreea de Sud | 35 | 38 | 73 | 73 | 136 |
| 9 | Taiwan | 0 | 8 | 8 | 128 | 128 |
| 10 | Vietnam | 99 | 99 | 99 | 99 | 99 |
| 11 | Japonia | 60 | 65 | 65 | 85 | 85 |
| 12 | Finlanda | 32 | 92 | 87 | 71 | 71 |
| 13 | Statele Unite | 30 | 30 | 30 | 30 | 42 |
| 14 | Irlanda | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 |
| 15 | Portugalia | 25 | ||||
| 16 | Spania | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 17 | Norvegia | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 18 | Franţa | 0 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Total mondial | 14,482 | 18.658 | 23.140 | 29.142 | 35.500 |
Vezi si
- Lista parcurilor eoliene offshore
- Listele de parcuri eoliene offshore după zona de apă
- Turbine eoliene neconvenționale