Η παγκόσμια μετάβαση στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας επιταχύνεται και η υπεράκτια αιολική ενέργεια παίζει καθοριστικό ρόλο στην αποανθρακοποίηση των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας. Ενώ οι παραδοσιακές σταθεροί-κάτω στροβίλοι έχουν αποδειχθεί αποτελεσματικές σε ρηχά νερά, τεράστιες περιοχές βαθέων ωκεανών ⁇ όπου πάνω από το 80% των υπεράκτιων αιολικών πόρων του κόσμου κατοικεί ⁇ παραμένουν ανεκμετάλλευτες. Οι αιολικοί ανεμογεννήτριες προσφέρουν μια μετασχηματιστική λύση, επιτρέποντας την σύλληψη ισχυρότερων, πιο συνεπών ανέμων σε νερά βαθύτερα από 60 μέτρα. Αυτή η τεχνολογία εξελίσσεται γρήγορα από πειραματικά πρωτότυπα σε έργα εμπορικής κλίμακας, τοποθετώντας τον εαυτό της ως ακρογωνιαίο λίθο του μελλοντικού ενεργειακού μείγματος.

Τι Είναι οι Αιολική Τύρμπινες που Επιπλέουν;

Σε αντίθεση με τα σταθερά κάτω ομολόγους τους που οδηγούνται στον βυθό, οι ανεμογεννήτριες είναι τοποθετημένες σε εξέδρες πλευστότητας αγκυρωμένες στο βυθό με γραμμές αγκυροβολίας. Αυτές οι πλατφόρμες έχουν σχεδιαστεί για να διατηρούν τη σταθερότητα, επιτρέποντας παράλληλα στον στροβιλό να λειτουργεί αποτελεσματικά σε βαθιά νερά ⁇ συνήθως πέρα από το βάθος 60 μέτρων. Η ίδια η στροβίλος κάθεται πάνω σε έναν πύργο που είναι συνδεδεμένος με την πλωτή δομή, η οποία μπορεί να είναι αρκετές εκατοντάδες μέτρα πλάτος. Οι εξέδρες κατασκευάζονται στην ξηρά, ρυμουλκούνται στο χώρο εγκατάστασης, και στη συνέχεια συνδέονται με προεγκατεστημένα συστήματα αγκυροβολίας και τα καλώδια εξαγωγής.

Τέσσερις κύριοι τύποι σχεδίων πλωτών πλατφορμών βρίσκονται σε εξέλιξη:

Πλατφόρμες Spar-Buoy

Οι πλατφόρμες Spar χρησιμοποιούν έναν μακρύ, βαρύ κάθετο κύλινδρο γεμάτο με έρμα για να χαμηλώσουν το κέντρο βάρους και να παρέχουν σταθερότητα. Είναι απλές, οικονομικά αποδοτικές για τα βαθιά νερά, αλλά απαιτούν βαθιές κουκέτες για συναρμολόγηση και έχουν ένα μεγάλο σχέδιο. Το Hywind Scotland project, το πρώτο πλωτό αιολικό αγρόκτημα στον κόσμο, χρησιμοποιεί την τεχνολογία spar-buoy που αναπτύχθηκε από τον Equinor.

Ημι-υποβρύχιες πλατφόρμες

Οι ημι-υποβρύχιες στήλες αποτελούνται από πολλαπλές στήλες που συνδέονται με τα pontoons. Χρησιμοποιούν κατανεμημένη πλευστότητα και έρμα νερού για να επιτευχθεί σταθερότητα. Αυτές οι πλατφόρμες έχουν ένα ρηχό σχέδιο, επιτρέποντας τη συναρμολόγηση σε λιμάνια και εγκατάσταση σε μέτρια βάθη. Το έργο WindFloat Atlantic χρησιμοποιεί αυτό το σχέδιο, και πολλοί προγραμματιστές το προτιμούν για την ευελιξία και το χαμηλότερο κόστος εγκατάστασης.

Πλατφόρμες πεδών έντασης (TLP)

Τα TLP είναι δεμένα κάθετα στον βυθό με τένοντες με ένταση. Παρέχουν υψηλή σταθερότητα με ελάχιστη κίνηση, κατάλληλη για μεγάλους στροβίλους. Ο σχεδιασμός είναι ελαφρύς αλλά απαιτεί πολύπλοκες εγκαταστάσεις και αγκυρώσεις.

Πλατφόρμες τύπου barge

Τα κάγκελα είναι απλά ορθογώνια ή σε σχήμα pontoon που βασίζονται σε μια μεγάλη περιοχή υδροπλάνου για σταθερότητα. Έχουν ρηχό σχέδιο και είναι πιο εύκολο να κατασκευαστούν αλλά μπορούν να βιώσουν περισσότερη κίνηση που προκαλείται από τα κύματα.

Πλεονεκτήματα των αιολούμενων ανεμοστροβίλων

Πρόσβαση σε Ισχυρότερους, Περισσότερο Συνεχείς Άνεμους

Οι πλωτές στροβίλοι μπορούν να τοποθετηθούν σε βαθιά νερά όπου οι άνεμοι είναι πιο συνεπείς, βελτιώνοντας τους παράγοντες ικανότητας. Μελέτες δείχνουν ότι τα αιολικά πάρκα θα μπορούσαν να επιτύχουν συντελεστές δυναμικότητας άνω του 50%, σε σύγκριση με περίπου 35-45% για πολλές θέσεις σταθερής-κάτω.

Επιλογές επέκτασης

Οι στροβίλοι σταθερής βυθού περιορίζονται σε βάθη νερού 30 ⁇ 60 μέτρων, εξαιρουμένων των τεράστιων ηπειρωτικών ραφιών και των βαθέων παράκτιων υδάτων. Οι στροβίλοι ξεκλειδώνουν περιοχές όπως η Δυτική Ακτή των ΗΠΑ, η Ιαπωνία, η Πορτογαλία και η Μεσόγειος ⁇ όπου το βάθος του νερού πέφτει απότομα κοντά στην ακτή. Σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας [[LFT:1], ο πλωτός άνεμος θα μπορούσε να ανοίξει πάνω από 11.000 GW τεχνικών δυνατοτήτων παγκοσμίως.

Μειωμένη οπτική και περιβαλλοντική αναταραχή

Επειδή μπορούν να τοποθετηθούν πολλά χιλιόμετρα από την ακτή, οι ανεμογεννήτριες που επιπλέουν είναι συχνά αόρατες από την ακτή, μειώνοντας τις αισθητικές αντιρρήσεις που μπορούν να καθυστερήσουν τα παράκτια και τα κοντινά έργα. Επιπλέον, τα θεμέλια δεν απαιτούν προετοιμασία από πέλος ή βυθό, μειώνοντας σημαντικά το θόρυβο και τη διαταραχή του οικοτόπου κατά την εγκατάσταση.

Επιταχυνσιμότητα και αποτελεσματική εγκατάσταση

Οι πλατφόρμες μπορούν να συναρμολογηθούν και να ανατεθούν πλήρως στο λιμάνι, κατόπιν να ρυμουλκηθούν σε εργοτάξιο ⁇ εξαλείφοντας την ανάγκη για ακριβά πλοία με βαριά ανύψωση και υπεράκτια κατασκευή. Αυτή η αρθρωτή προσέγγιση επιταχύνει την εγκατάσταση και επιτρέπει τη σειριακή παραγωγή τυποποιημένων εξαρτημάτων, ανοίγοντας το δρόμο για μειώσεις του κόστους μέσω οικονομιών κλίμακας.

Τεχνικές και οικονομικές προκλήσεις

Υψηλό κόστος κεφαλαίου

Επί του παρόντος, οι ανεμογεννήτριες είναι 2-3 φορές ακριβότερες ανά μεγαβάτ από τις σταθερές-κάτω στροβίλους. Το κόστος οδηγείται από εξειδικευμένες πλατφόρμες χάλυβα, σύνθετα συστήματα αγκυροβολίας, και δυναμικά καλώδια εξαγωγής που πρέπει να λυγίζουν με κίνηση κύματος. Το Εξοφλημένο Κόστος Ενέργειας (LCOE) για πλωτά άνεμο εκτιμάται σε 150 ⁇ 200 δολάρια ανά MWh, σε σύγκριση με $ 60 ⁇ 90 για σταθερή υπεράκτια άνεμο. Ωστόσο, οι χάρτες πορείας της βιομηχανίας έργο LCOE να πέσει κάτω από $ 100 ανά MWh έως το 2030 μέσω βελτιστοποίησης σχεδιασμού, βιομηχανική κλιμάκωση, και ωρίμανση αλυσίδας εφοδιασμού.

Τεχνική πολυπλοκότητα και αξιοπιστία

Η σχεδίαση πλωτών δομών που μπορούν να αντέξουν ακραία κύματα, ρεύματα και η φόρτωση του ανέμου για 25+ χρόνια απαιτεί προηγμένη μηχανική. Η κίνηση πλατφόρμας μπορεί να επιβάλει πρόσθετα φορτία στα εξαρτήματα τουρμπίνων, μειώνοντας την αξιοπιστία. Δυναμικά καλώδια ⁇ τα οποία πρέπει να αντέχουν την κυκλική κάμψη και την ένταση ⁇ αποτελούν κρίσιμο σημείο αποτυχίας. Η συνεχιζόμενη έρευνα και ανάπτυξη επικεντρώνεται σε ενεργά συστήματα στραγγαλισμού, ελαφριά υλικά και στιβαρά σχέδια σύνδεσης.

Εγκατάσταση και συντήρηση

Ενώ η συναρμολόγηση στο λιμάνι απλοποιεί την αρχική εγκατάσταση, η συνεχιζόμενη συντήρηση στα βαθιά νερά είναι προκλητική. Η πρόσβαση σε στροβίλους απαιτεί εξειδικευμένα σκάφη και μπορεί να περιορίζεται από τα παράθυρα καιρού. Οι προγραμματιστές διερευνούν αυτόνομα drone επιθεώρησης, την παρακολούθηση απομακρυσμένων συνθηκών και τα σχέδια συστατικών στοιχείων ταχείας αλλαγής για τη μείωση του χρόνου διακοπής λειτουργίας και του λειτουργικού κόστους. Το [[[LFT:0]] Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας[[LFT:1] εκτιμά ότι το κόστος Ο&M θα μπορούσε να αντιπροσωπεύει το 25-30% του συνολικού κόστους του κύκλου ζωής για τα πρώιμα έργα.

Σύνδεση καννάβου

Τα καλώδια αυτά είναι πιο ακριβά και λιγότερο αποδοτικά από τα στατικά. Τα συστήματα συνεχούς ρεύματος υψηλής τάσης (HVDC) μπορεί να χρειαστούν για μεγάλες αποστάσεις, προσθέτοντας στο κόστος υποδομής. Συνεργατικές πρωτοβουλίες αναπτύσσουν τυποποιημένα σχέδια δυναμικών καλωδίων και πλωτές υποσταθμούς για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων.

Περιβαλλοντικές και θαλάσσιες επιπτώσεις

Οι ανεμογεννήτριες που επιπλέουν έχουν ελαφρύτερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα από το σταθερό βυθό λόγω της ελάχιστης παρεμβολής του βυθού. Τα συστήματα αγκύρωσης και οι γραμμές αγκύρωσης μπορούν να δημιουργήσουν τεχνητά φαινόμενα υφάλων, δυνητικά επωφελή για την τοπική θαλάσσια ζωή. Ωστόσο, η προσεκτική καθήλωση είναι απαραίτητη για την αποφυγή ευαίσθητων οικοτόπων, μεταναστευτικών οδών και αλιευτικών χώρων. Ο θόρυβος κατασκευής περιορίζεται σε μεγάλο βαθμό στη συναρμολόγηση και τη τοποθέτησή τους σε καλώδια. Οι επιχειρησιακές επιπτώσεις περιλαμβάνουν ηλεκτρομαγνητικά πεδία από καλώδια (τα οποία μπορούν να επηρεάσουν τα κλάματα ελάσμο) και κίνδυνο σύγκρουσης για τα θαλάσσια πτηνά και τις νυχτερίδες. \" περιβαλλοντική παρακολούθηση ενσωματώνεται σε όλα τα μεγάλα έργα, και αναπτύσσονται κατευθυντήριες γραμμές βέλτιστης πρακτικής από τις αρχές ενέργειας των ωκεανών.

Ηγετικά Προγράμματα και Βιομηχανία

Περιστροφή της Σκωτίας

Πέντε 6 MW Siemens Gamesa στροβίλοι που είναι τοποθετημένοι σε σημαδούρες σπάνι επιτυγχάνουν μέσους συντελεστές δυναμικότητας άνω του 50%, αποδεικνύοντας τη βιωσιμότητα της τεχνολογίας σε σκληρές συνθήκες της Βόρειας Θάλασσας. Τα μαθήματα που μαθαίνονται από το Hywind πληροφορούν μεγαλύτερα έργα, συμπεριλαμβανομένου του Hywind Tampen (88 MW στη Νορβηγία) και πρότειναν 200 MW+ αγροκτήματα στη Νότια Κορέα.

Ανεμοπτέρυγα Ατλαντικού

Εκτός των ακτών της Πορτογαλίας, το έργο WindFloat Atlantic των 25 MW χρησιμοποιεί τρεις ημι-υποβρύχιες πλατφόρμες με στροβίλους MHI Vestas 8,4 MW. Επιφορτίστηκε το 2020, έχει επιδείξει υψηλή απόδοση και ανθεκτικότητα, αντέξουν κύματα 20 μέτρων κατά τη διάρκεια των καταιγίδων. Η επιτυχία του έργου έχει προκαλέσει την ανάπτυξη του 30 MW Kincardine Offshore Wind Farm στη Σκωτία, χρησιμοποιώντας επίσης τεχνολογία WindFloat από Princiction Power[LT:1]].

Άλλες βασικές πρωτοβουλίες

Η Γαλλία προχωράει με πολλαπλά πιλοτικά έργα, όπως η Provence Grand Large (3 στροβίλοι, 25 MW) και η EolMed (3 στροβίλοι, 30 MW).Στην Ιαπωνία, το έργο Fukushima Forward δοκίμασε μια ημι-υποβρύχια μονάδα 7 MW. Το Γραφείο των ΗΠΑ της Ocean Energy Management έχει εντοπίσει πιθανές περιοχές μίσθωσης στα ανοικτά της Καλιφόρνια, όπου ο πλωτός άνεμος είναι η μόνη βιώσιμη επιλογή λόγω των βαθέων υδάτων.

Μελλοντικές Προοπτικές και Σκύβλωση

Η κινητή αιολική αγορά προβλέπεται να αυξηθεί από λιγότερο από 200 MW σήμερα σε πάνω από 20 GW έως το 2035, σύμφωνα με τις προβλέψεις της βιομηχανίας. Ευρώπη, Ασία-Ειρηνικό, και η Δυτική Ακτή των ΗΠΑ αντιπροσωπεύουν τις μεγαλύτερες άμεσες αγορές. Υποστήριξη πολιτικής ⁇ όπως χρηματοδότηση καινοτομίας, δημοπρασίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας με πλωτά ειδικά σκαλίσματα, και εξορθολογισμένη επιτρέποντας ⁇ είναι ζωτικής σημασίας για την απο-κίνδυνο πρώιμο στάδιο επενδύσεις. Οι κατασκευαστές αναπτύσσουν στροβίλους ειδικά βελτιστοποιημένους για πλωτές πλατφόρμες, με ικανότητα που φτάνει τα 15 MW και πέρα.

Οι δρόμοι μείωσης του κόστους περιλαμβάνουν την εκβιομηχάνιση της κατασκευής κύτους, τη χρήση ελαφρύτερων υλικών (σκυρόδεμα αντί χάλυβα για έρμα), προηγμένη τεχνολογία αγκυροβολίας, και τυποποιημένα δυναμικά καλώδια. Οι κοινόχρηστες υποδομές δικτύου και οι πλωτές υποσταθμοί μπορούν να μειώσουν τα έξοδα μεταφοράς. Αν αυτές οι τάσεις υλοποιηθούν, ο πλωτός άνεμος θα μπορούσε να επιτύχει ισοτιμία δικτύου με άλλες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας μέσα σε μια δεκαετία, ξεκλειδώνοντας έναν τεράστιο, καθαρό ενεργειακό πόρο ζωτικής σημασίας για την επίτευξη των στόχων του μηδενός.

Συμπέρασμα

Οι ανεμογεννήτριες που επιπλέουν δεν αποτελούν απλώς μια αυξητική βελτίωση σε σχέδια σταθερού βυθού, αποτελούν μια αλλαγή παραδείγματος στην ανάπτυξη υπεράκτιων ανέμων. Με την άρση των περιορισμών βάθους, ανοίγουν τις βαθύτερες και ανεμογεννήτριες ωκεανικές περιοχές σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας μεγάλης κλίμακας. Ενώ το τρέχον κόστος και τα τεχνικά εμπόδια παραμένουν σημαντικά, η ταχεία τεχνολογική πρόοδος, η αύξηση της εμπιστοσύνης των επενδυτών και η ισχυρή υποστήριξη πολιτικής προωθούν τη βιομηχανία προς τα εμπρός. \" επιτυχής ανάπτυξη του πλωτού ανέμου θα είναι απαραίτητη για κάθε ολοκληρωμένη, βιώσιμη ενεργειακή στρατηγική που στοχεύει στην αποανθρακοποίηση του παγκόσμιου εφοδιασμού ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ ελαχιστοποιεί τις συγκρούσεις χρήσης γης.