انتقال جهانی به انرژی تجدید پذیر شتاب می یابد و قدرت باد دریایی نقش مهمی در تخریب شبکه های برق ایفا می کند، در حالی که توربین های ثابت ثابت سنتی در آب های کم عمق، مناطق عمیق-ocean موثر بوده اند - که در آن بیش از 80٪ از منابع باد دریایی جهان ساکن هستند - توربین های شناور سنتی راه حل تحولی را ارائه می دهند، که جذب انرژی قوی تر از زمین های تجاری است.

توربین های بادی شناور چه هستند؟

بر خلاف همتایان ثابت که به بستر دریا رانده می شوند، توربین های بادی شناور بر روی پلتفرم های شناور که به صورت شناور به کف دریا متصل می شوند، با خطوط مودار نصب می شوند، این سیستم عامل ها برای حفظ ثبات طراحی شده اند، در حالی که اجازه می دهند توربین به طور معمول بیش از 60 متر عمق عمل کند، توربین خود یک برج برتر است که به ساختار شناور متصل شده است، و سپس می تواند چندین متر نصب و سیستم های گسترده را در محل نصب کند.

چهار نوع اصلی طراحی های پلتفرم شناور در حال توسعه هستند:

پلتفرم های Spar-Buoy

سیستم عامل های Spar از یک سیلندر عمودی طولانی و سنگین پر از باست برای کاهش مرکز جاذبه و ایجاد ثبات استفاده می کنند، آنها ساده و مقرون به صرفه برای آب های عمیق هستند، اما نیاز به پیاز عمیق برای مونتاژ و پیش نویس بزرگ دارند. پروژه Hywind اسکاتلند، اولین مزرعه باد شناور جهان، استفاده از فن آوری Spar-buoy توسعه یافته توسط Equinor.

پلتفرم های نیمه ی زیرزمینی

نیمه زیرمیز شامل ستون های متعدد متصل به دستپون ها هستند.آنها از buoyancy توزیع شده و آب bralast برای دستیابی به ثبات استفاده می کنند.این سیستم عامل ها پیش نویس کم عمق دارند و اجازه می دهند مونتاژ در پورت ها و نصب در عمق متوسط. پروژه اقیانوس اطلس بادFloat از این طراحی استفاده کند و بسیاری از توسعه دهندگان آن را برای تطبیق پذیری و هزینه های نصب پایین تر ترجیح می دهند.

سیستم عامل های Leg Platforms (TLP)

TLP ها به صورت عمودی به بستر دریا با استفاده از تاندون های تنش دار متصل می شوند.آنها ثبات بالایی را با حداقل حرکت، مناسب برای توربین های بزرگ فراهم می کنند، طراحی سبک است، اما نیاز به نصب پیچیده و لنگر زدن دارد. S متعدد TLP مفاهیم مانند TLP GICON تحت آزمایش قرار می گیرند.

Barge-Type Platforms

Barges بدنه های مستطیلی یا شکل پوتoon ساده هستند که به یک منطقه بزرگ آب سیاره ای برای ثبات متکی هستند و پیش نویس های کم عمق دارند و راحت تر می توانند حرکت موج زده تر را تجربه کنند.پروژه تظاهرات دریایی شناور فوکوشیما از یک پلت فرم Barge-type استفاده کرد.

مزایای توربین های بادی شناور

دسترسی به بادهای قوی تر، مداوم تر

سرعت باد به طور کلی بالاتر و کمتر پرآشوب توربین های شناور در آب های عمیق قرار می گیرند که در آن باد سازگار تر است، بهبود عوامل ظرفیت نشان می دهد که مزارع باد شناور می توانند عوامل ظرفیت بیش از 50٪ را در مقایسه با 35 تا 45٪ برای بسیاری از سایت های ثابت پایین به طور مستقیم به تولید انرژی بالاتر در هر توربین تبدیل شوند.

گزینه های Deployment

توربین های ثابت پایین به عمق آب 30 تا 60 متر محدود می شوند، به استثنای قفسه های قاره ای گسترده و آب های ساحلی عمیق، توربین های شناور مناطقی مانند ساحل غربی آمریکا، ژاپن، پرتغال و مدیترانه - جایی که عمق آب به شدت نزدیک به ساحل می رود.

کاهش ناراحتی های بصری و محیطی

از آنجا که آنها می توانند چندین کیلومتر از ساحل قرار داده شوند، توربین های بادی شناور اغلب از ساحل نامرئی هستند، و باعث کاهش اعتراضات زیبایی شناسی می شوند که می تواند در ساحل و پروژه های نزدیک به ساحل متوقف شود. علاوه بر این، بنیادها نیازی به آماده سازی انبوه یا بستر دریا ندارند، به طور قابل توجهی کاهش سر و هوا و اختلال در طول نصب.

مقیاس پذیری و نصب کارآمد

پلتفرم ها می توانند به طور کامل جمع آوری و سفارش شده در بندر، سپس به محل - استخراج نیاز به کشتی های سنگین و ساخت و ساز دریایی.این رویکرد ماژولار سرعت نصب و تولید سریال از اجزای استاندارد، راه برای کاهش هزینه از طریق اقتصاد مقیاس.

چالش های فنی و اقتصادی

هزینه های سرمایه بالا

در حال حاضر، توربین های بادی شناور 2 تا 3 برابر گران تر از مگاوات ثابت هستند.هزینه ها توسط سیستم عامل های فولادی تخصصی، سیستم های پیچیده و کابل های صادرات پویا که باید با حرکت موج انعطاف پذیر است، هزینه های سطح انرژی (LCOE) برای باد شناور در 150 -200 دلار در هر مگاوات تخمین زده می شود، در مقایسه با $ 60 $ ثابت صنعت باد، با 100 دلار، بسته به 100 دلار، بسته بندی جاده ای، و پایین، از راه حل، تا 100 دلار، و E.

پیچیدگی فنی و قابلیت اطمینان

طراحی سازه های شناور که می توانند امواج شدید، جریان ها و بارگیری باد را برای 25 سال تحمل کنند، نیاز به مهندسی پیشرفته دارد.حرکت پلتفرم می تواند بارهای اضافی را بر اجزای توربین تحمیل کند، کاهش قابلیت اطمینان کابل های پویا - که باید خم شدن و تنش های چرخه ای را تحمل کنند - نقطه شکست حیاتی است. Ongoing R & D بر سیستم های زنده فعال، مواد سبک و طرح های اتصال قوی تمرکز دارد.

نصب و نگهداری

در حالی که مونتاژ در بندر ساده سازی نصب اولیه، نگهداری مداوم در آب های عمیق چالش برانگیز است. دسترسی به توربین ها نیاز به کشتی های تخصصی دارد و ممکن است توسط پنجره های هوا محدود شود. توسعه دهندگان در حال بررسی هواپیماهای بدون سرنشین بازرسی مستقل، نظارت از راه دور و طرح های سریع تغییر قطعات برای کاهش خرابی و هزینه های عملیاتی هستند. آزمایشگاه انرژی تجدید پذیر ملی تخمین می زند که O&M می تواند 25 -30٪ هزینه های اولیه برای کاهش هزینه های چرخه عمر کل هزینه های اولیه را نشان دهد.

اتصال Grid

انتقال قدرت از توربین های شناور دور نیاز به کابل های پویا است که می تواند عمق و حرکت موج را کنترل کند.این کابل ها گران تر و کمتر کارآمد از کابل های استاتیک هستند. سیستم های جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) ممکن است برای مسافت های طولانی مورد نیاز باشد و به هزینه های زیرساختی اضافه می شود.

اثرات زیست محیطی و دریایی

توربین های بادی شناور دارای یک ردپای محیط زیست سبک تر از ثابت پایین به دلیل حداقل تداخل در بستر دریا هستند.سیستم های لنگر و خطوط مو و خطوط حرکت می توانند جلوه های صخره ای مصنوعی را ایجاد کنند، به طور بالقوه بهره مند از زندگی دریایی محلی است، با این حال، نشستن دقیق برای جلوگیری از زیستگاه های حساس، مسیرهای مهاجرت و زمینه های ماهیگیری ضروری است.

پروژه های پیشرو و صنعت مایلستون

Hywind اسکاتلند

عملیاتی از سال 2017، Equinor 30 مگاوات Hywind اسکاتلند طولانی ترین مزرعه باد شناور تجاری است. 5 6 مگاوات زیمنس Gamesa توربین های نصب شده در اسپیرز به عوامل ظرفیت متوسط بالاتر از 50٪، اثبات قابلیت فن آوری در شرایط سخت دریای شمال درس های آموخته شده از Hywind در حال ساخت پروژه های بزرگتر، از جمله Hywind Tampen (88 مگاوات) و مزرعه پیشنهاد شده در 200 + جنوبی.

WindFloat اقیانوس اطلس

خارج از ساحل پرتغال، پروژه اقیانوس اطلس 25 مگاوات از سه سیستم عامل نیمه قابل انعطاف با توربین های MHI و 8.3 مگاواتی استفاده می کند.کمیسیون در سال 2020، عملکرد و انعطاف پذیری بالا را نشان داده است، با داشتن امواج 20 متری در طول طوفان ها، موفقیت این پروژه باعث توسعه 30 مگاوات باد دریایی Kincardine در اسکاتلند شده است، همچنین از فناوری بادبانی استفاده می کند.

سایر ابتکارات کلیدی

فرانسه در حال حرکت با چندین پروژه آزمایشی مانند Provence Grand (3 توربین، 25 مگاوات) و EolMed (3 توربین، 30 مگاوات) در ژاپن، پروژه فوکوشیما جلو یک واحد 7 مگاوات نیمه خرده قابل بازیافت را آزمایش کرد. اداره انرژی اقیانوس ایالات متحده مناطق بالقوه اجاره کالیفرنیا را شناسایی کرده است، جایی که باد تنها گزینه قابل اجرا برای آب های عمیق است و هزینه های پلت فرم های مختلف اعتبار.

آینده و مقیاس

بازار باد شناور پیش بینی می کند که از کمتر از 200 مگاوات امروز به بیش از 20 گیگاوات تا 2035 رشد کند، با توجه به پیش بینی های صنعت، آسیا- اقیانوس آرام و ساحل غربی ایالات متحده بزرگترین بازار فوری سیاست است - مانند سرمایه گذاری نوآوری، مزایده های انرژی تجدید پذیر با ظرفیت های منحصر به فرد خودرو، و مجوز ساده - برای سرمایه گذاری های اولیه و به طور خاص، توسعه توربین های بهینه شده با ظرفیت های بهینه شده و ظرفیت های بهینه سازی شده با ظرفیت های بهینه سازی شده با ظرفیت های قابل استفاده از طریق ساخت و توسعه 15، توسعه، و توسعه، توسعه، و ظرفیت های بهینه سازی شده با ظرفیت های بهینه سازی شده است.

مسیرهای کاهش هزینه شامل صنعتی سازی ساخت بدنه، استفاده از مواد سبک تر (به جای فولاد برای بورست)، فن آوری پیشرفته و کابل های پویا استاندارد شده است. زیرساخت شبکه مشترک و زیر ایستگاه های شناور می تواند هزینه های انتقال را کاهش دهد.اگر این روند مواد، باد شناور می تواند به برابری شبکه با دیگر انرژی های تجدید پذیر در یک دهه، باز کردن یک زیرساخت عظیم، انرژی پاک برای رسیدن به اهداف خالص صفر برسد.

نتیجه گیری

توربین های بادی شناور تنها یک بهبود تدریجی در طرح های ثابت پایین نیستند؛ آنها نشان دهنده یک تغییر پارادایم در استقرار باد دریایی هستند.با حذف محدودیت های عمیق، عمیق ترین و بادترین مناطق اقیانوس را برای نسل های بزرگ تجدید پذیر باز می کنند، در حالی که هزینه های فعلی و موانع فنی همچنان قابل توجه، پیشرفت سریع فن آوری، افزایش اعتماد سرمایه گذاران و حمایت قوی از صنعت رو به جلو رشد موفق انرژی شناور است - در حالی که هر گونه توسعه پایدار انرژی شناور است، هر گونه توسعه پایدار است.