מבוא: כלכלה של רוח Offshore עיצוב Turbine

אנרגיית רוח Offshore התפתחה כאבן הפינה של מעבר האנרגיה המתחדשת העולמי, עם יכולת מותקנת צפויה לגדול באופן אקספוננציאלי במהלך העשור הבא.הכדאיות הכלכלית של חוות רוח offshore נשענת על העלות המדרגת של אנרגיה (LCOE) - העלות הממוצעת למגוואט-שעה לאורך החיים של הפרויקט, שניים מפרמטרי התכנון המשפיעים ביותר הם מרכז טורבינות וקוטר גבוה יותר.

(ה) הבנת הדינמיקה הזו היא קריטית עבור מפתחים, משקיעים וקובעי מדיניות המבקשים להפחית את LCOE ולהאיץ את פריסת רוח offshore.נתוני תעשייה מארגונים כגון FLT:0IRFLT:1WindEuropeveFLT:2FLT 3FLT ו-FLT:4FLT:5FLT:5 National Renewable Energy (NR) LTFal:6R) LT 7.

תפקיד של Turbine High In Wind Resource Catch

Wind Shear ו- Velocity פרופילים

מהירות הרוח עולה עם הגובה עקב חיכוך פני השטח מופחתת.על פני הים, שבו גסות נמוכה יותר מאשר על הקרקע, רוח חג היא עדיין משמעותי. צפיפות הכוח ברוח היא פרופורציה של מהירות הרוח, כלומר עלייה קטנה בגובה רכז יכול להניב רווח משמעותי בלכידת אנרגיה.לדוגמה, העלאת טורבינות מ 80 מטרים עד 120 מטרים יכול להגביר את ייצור האנרגיה השנתי על ידי 8-15% באתרי החוף רבים, בהתאם לפרופיל הרוח המקומי.

עלויות של מגדלי לוטר

מגדלים גבוהים דורשים חומר יותר - פלדה קדחתנית או בטון - וקרנות חזקות יותר להתנגד לשעת רוח ועומסי גל.עבור טורבינות קבועות- ⁇ , עלויות הבסיס להגדיל ללא לינארי עם עומק מים וגובה מרכזי. במים עמוקים יותר שבו פלטפורמות צף משמשים, ההשפעה של גובה על יציבות פלטפורמה ומורכבות מחוסמת מוסיף עוד תחבורה, וגם להיות מאתגר יותר: מגדלים עשויים לעלות על יכולת ניטור גבוהה יותר על גבי מבנים מתקדמים, או ממושכים, יש צורך פיקוח קפדניים על גבי סוללות מיוחדות, או משרחת.

סיקור ו- Environmental Constraints

מכ"ם תעופה, בטיחות ניווט והערכה של השפעה חזותית יכולים לכפות מגבלות על גובה טורבינות מקסימלית.חלק מהתחומים מגבילים את גבהים הרכזים כדי להימנע מהתערבות במערכות בקרת אוויר או לשמר תצוגות נופיות.מפתחים חייבים לעסוק בהתייעצות מוקדמת של בעלי מניות כדי להבין את המגבלות הללו, ולעתים לקבל מעט נמוך יותר LCOE כדי להבטיח אישור.

רוטר דימטר: אזור ה-Swipt Advantage

הפיזיקה של אנרגיה ללכוד

[הכוח שנוצר על ידי טורבינת רוח הוא פרופורציה ישירות לאזור הסחף של הרוטור שלה.Doubling את הקוטר המסתובבת, כי כוח גם בקנה מידה עם קוביית מהירות הרוח, רוטורים גדולים יותר מאפשרים עלייה משמעותית בתשואות אנרגיה - במיוחד במהירויות רוח בינוניות אופייניות לאזורים רבים בחו"ל המודרנית, מעל 15 מ"ל עם קוטרים מעל 230 מטר.

דירוג ותפקודי יכולות

דירוג ספציפי הוא היחס של כוח מדורג לסחף אזור.דירוגים ספציפיים נמוכים יותר (כלומר, סטרובים גדולים יותר יחסית לגודל הגנרטור) להגדיל את גורמי הקיבולת מכיוון שהטורבינה יכולה לייצר כוח בשיעורים גבוהים יותר על טווח רחב יותר של מהירויות רוח.עבור אתרים בחו"ל עם תנאי רוח משתנים, דירוג ספציפי נמוך משפר את האנרגיה ברוחות נמוכות תוך הגבלת גובה.

עלויות ייצור ומוצרים

להבים ארוכים יותר דורשים חומרים מורכבים יותר - סיבים זכוכית קדחתניים או סיבים פחמן - ויש לייצר במתקנים ייעודיים שיכולים להתמודד עם רכיבים מסיביים. אורך Blade גם מגביר עומסי עייפות על הרכזת והנעה, ניכוי אלמנטים מבניים עבים יותר ומערכות בקרה מתקדמות של שלט. התחבורה של להבים מעל 100 מטרים ממפעל לנמל ולאחר מכן לדרישות ים מיוחדים ותכנון נתיבים.

אתגרים סטרקטיים ודינמית

(הרקבים הגדולים יותר כופים רגעים גדולים יותר על המגדל, הקרן, ופלטפורמת צף.העומסים האלה חייבים להיות מאוזנים עם מערכת הבקרה של טורבינה כדי להימנע משיקום או עייפות מוגזמת. Active המגרש ומערכות ה- Yaw הופכים קריטיים יותר, בנוסף, מהירות טיפ עולה עם קוטר רוטטור, אשר יכול להעלות רמות רעש וסיכון שביתת ציפורים, למרות מיקומים מקטינים את החששות של פחמן: FLT:0FLTFLTFalischeer International Retraearer HDI) מדגישהמודל מתמשך של 300 מטר: 3.

השפעות משולבות על אנרגיה Yield ו- LCOE

סינרגיה בין גובה ומדמטר

היתרונות של מגדלים גבוהים יותר ומסתובבים גדולים יותר הם משלימים.מגדל גבוה יותר מציב את הרוטור במשטר מהירות רוח גבוה יותר, בעוד רוטטור גדול יותר ללכוד יותר של הרוח הזאת.אפקט המשולב יכול לשפר באופן דרמטי את גורמי הקיבולת - מ -40% עבור טורבינות ישנות יותר, קטנות יותר עד יותר מ -60% עבור עיצובים מודרניים באתרי נופש ראשוניים.עם זאת, הרווחים שוליים מופחתים בקוטרים קיצוניים ורוח, שבו היא פחות משתנה ועלויות פחות.

עלויות האנרגיה הדרגתיות

(הופנה מהדף LCOE) חשבונות עבור כל הוצאות ההון (CAPEX), הוצאות תפעוליות (OPEX), וייצור אנרגיה לאורך כל החיים של הפרויקט. עיצוב טורבינות משופר מצמצם את LCOE על ידי מיקסום ייצור אנרגיה שנתי ליחידת CAPEX.התעשייה מנתחת כי עבור תנאי ים טיפוסיים של צפון הים, עלייה של 100 מ"מ ל-130 מ"ר עם עלייה של 170 מ"מ ל- 220 מ"מ ל- m עד 2 יכול להוריד את ה-Flasts באופן מדויק על ידי LT2, על ידי LT2, תלוי ב- 10.

חוות דעת: Dogger Bank Wind Farm

בנק Dogger, החווה הגדולה ביותר בעולם בחוות הרוח בבנייה (קיבולת של 3.6 GW), משתמש ב- GE Haliade-X 13 MW טורבינות עם 220 מ"ר ו-135 מ"מ גובה רוחב של מהירות הרוח הממוצעת של האתר עולה על 10 מ"ג / סנט בגובה.הגורם הקיבולת הגבוהה - מופרש מעל 60% - מאפשר את הפרויקט להשיג LCOE מתחת € / 50h תחרותי, עם רוחב טמפרטורה יעילה עם רמות גבוהות של דלק מתקדמות.

הצעות מסחר כלכליות: הון סיכון לעומת אנרגיה

עלויות הקרן והמגדל

עבור טורבינות קבועות, עלויות הבסיס עולה בערך עם ריבוע של גובה מרכז והם רגישים גם עומק מים.מונופילים עבור 100+ מ"מ גבהים יכול לעלות על 8 מ"ר קוטר ולשקול מעל 2,000 טון.ג'קט או tripods מציעים חלופות אבל עלות ייצור גבוהה יותר.במים מרהיבים יותר (מעל 50 מ"מ), פלטפורמות צף הופכות הכרחיות, ואת דרישות המסה הנוספת ומניעה להגדיל את הבחירה הקבועה בין הגורם המהיר ביותר הוא לעתים קרובות עבור אופטימיזציה כלכלית.

התקנת וורס ולוגיסטיקה

כלי שיט כבדים המסוגלים להתקין 1,500 טון טורבינות הם נדירים, ושיעורי היום עלו עם הביקוש.רוט רוטר משפיע גם על ההתקנה: כמה מפתחים להרכיב רוטורים על הקרקע להרים אותם חתיכה אחת, בעוד אחרים עולים כל להב בנפרד.אורך Blade יכול לכפות את השימוש של bargeser או כלי מיקום דינמי לטפל רכיבים ארוכים.

תפעול ותחזוקה

מהירויות רוח שליליות אינן רציפות; טורבינות דורשות תחזוקה סדירה.רכיבים גדולים יותר להגדיל את העלות של חלקי חילוף ויכולת העטור הדרושה עבור תיקונים גדולים.מגדלים גבוהים יותר ומסתובבים גדולים עשויים לדרוש כלי שיט מיוחדים (למשל, כלי הפעלה שירות עם מסלולי הליכה לעבודה) וזמני מעבר ארוכים יותר לאתר.

איזון עלויות המערכת

תשתיות חשמל - מצעים, תת-קרקעיות, וחיבורי רשת - גם בקנה מידה עם יכולת טורבינות גדולה יותר לדרוש כבלי מתח גבוהים יותר וציוד תת-קרקעי חזק יותר, כי פחות טורבינות נדרשות למגוואט של יכולת (למשל, 1 GW יכול להשתמש 67- מגה-וואט מול 100 טורבינות מ"מ), מספר של טורבינות בין-ל, ולהפחית את יסודות המסחר הרחבים.

אופטימיזציה של Site-Specification: Wind Regime, Water Depth, Distance to Shore

המונחים: Wind Variability

אתרי אידיאליים יש מהירויות רוח גבוהות עם תנופה נמוכה וכיוון עקבי.מגדלים גבוהים מניבים יותר תועלת באזורים עם שר רוח חזק יותר, כגון אזורי חוף עם ⁇ טמפרטורה גדולה. באזורים טרופיים שבו מהירויות רוח נמוכות יותר ומשתנה יותר, רוטורים גדולים יותר עשויים להיות יותר השפעה מאשר מגדלים ספציפיים יותר.מפתחים משתמשים בדינמיקה נוזלי חישובית (CD) וארוכת זמן רב נפגשו כדי להעריך נתונים.

מים עומק וג'יאולוגיה

אתרי מים (למשל, אזורי ים רבים) מאפשרים ממונופילים יעילים עלות, כך שגובה הרכזות גדל הוא זול יחסית. מים עמוקים (למשל, Off סקוטלנד, יפן) מחייב פלטפורמות צפים, שבו מגדלים גבוהים יותר להוסיף עלות משמעותית בשל גודל פלטפורמה ומתח מתפתל.במקרים כאלה, מפתחים עשויים להעדיף קורקב מעל גובה כדי לשמור על מרכז הכובד של כוח הכבידה ולהפחית את הסיכון של הקרקע.

מרחק ל Shore

פרויקטים מרוחקים מהחוף עולים בעלויות שידור גבוהות יותר באמצעות זרם משתנה גבוה (HVAC) או גבוה מתח גבוה הנוכחי הנוכחי (HVDC) כבלים ישירים (HVDC) כדי להדוף אלה, אנרגיה צריכה להיות גבוהה יותר טורבינות גדולות יותר עם גורמים קיבולת גבוהה יותר מתאימים היטב עבור אתרים ספציפיים מרחוק.

מגמות התעשייה וכיוונים עתידיים

גודל Turbine Size

(ב) קיבולת שם טורבינות צמחה מ-5MW בשנת 2010 עד 15-20MW ב-2024. יצרנים כמו ווטסאס, סימנס Gamesa ומינגיאנג הודיעו על 20 + MW טורבינות עם קוטרים רוטורים המתקרבים ל-300 מטרים: רציונלית היא פשוטה: טורבינות גדולות יותר להפחית את מספר יחידות החווה, הורדת ההתקנה ועלויות O&M ל-V, תוך הגדלת אנרגיה, עם לכידת, קיבולת של 25 מיליון דולר, 000 (F) הן יעילות של שרשרת של 25.

המונחים: offshore Wind

רוח Floating פותחת משאבים עמוקים מאוד מים.עבור טורבינות צף, גובה מרכז הוא בדרך כלל מוגבל על ידי יציבות פלטפורמה ועלות מערכות mooring. הרבה מושגים צפים שואפים לרכז גבהים של 100-120 מ ' עם רוטטורים גדולים יחסית כדי לשמור על מרכז של הכבידה נמוך. החידושים כמו סמי-subsiblesibles עם שליטה כדור פעיל עשוי לאפשר מגדלים גבוהים יותר במערך הטייסים העתידיים ו הם בדיקות אלה הם צפויים ל- 100 / , 000 $ מתחת ל- 20.

גנטיקה ואופטימיזציה מלאכותית

מודלים מתקדמים של החווה הרוח בכלל - כולל אפקטים מתעוררים - מסייע אופטימיזציה מיקום טורבינות ואפשרויות ספציפיות לטורבינות / שמנת יתר / diameter. תאומים דיגיטליים לדמות עומסים, ייצור אנרגיה, ו לוח זמנים תחזוקה, המאפשרים למעצבים לפרמטרים בסדר בזמן אמת.

מסקנה: Balancing Level and Diameter for Economic Success

גובה Turbine וקוטר רוטטור אינם בחירות עיצוב עצמאי; הם אינטראקציה בדרכים מורכבות המשפיעות על כל היבט של כלכלת רוח בחוות בחוות רוח offshore. מגדלים רטטים רוחות חזקות יותר אבל להגדיל את עלויות היסוד וההתקנה. סובבים גדולים יותר ללכוד יותר אנרגיה אבל דורשים רכיבים מבניים חזקים יותר ולוגיסטיקה מיוחדת.ה אופטימלית היא ספציפית לאתר, מושפעת על ידי משטר, עומק מים, מרחק, ומגבלות רגולציה.

בעוד התעשייה נעה לכיוון 20 + MW טורבינות ופלטפורמות צף, ההכרח לייעל פרמטרים אלה רק יגביר את ה- Developers המנף מודלים מתקדמים, שיתוף פעולה עם רשויות הנמל, ולאמץ סידורי אספקה גמישים יסופקו בצורה הטובה ביותר כדי להפחית עלויות ולהאיץ את גל הרוח היבש הגלובלי.המטרה הסופית - מקבל אנרגיית בסיס מוביל - תלוי בחדשנות מתמשכת בטורבינה, חומרים דינמיים, ואפקטי אנרגיה, ואפקטיביות, על ידי רמות גבוהות, על ידי רמות גבוהות של יעילות, ואפקטים תפעוליים, על ידי רמות גבוהות של אנרגיה, ואפקטים, ואפקטים, על ידי רמות גבוהות יותר, על ידי רמות גבוהות של יעילות, על ידי רמות גבוהות של יעילות, על ידי רמות גבוהות יותר, על ידי רמות גבוהות יותר, ואפקטים של אנרגיה, על ידי רמות גבוהות של יעילות, על ידי רמות גבוהות של אנרגיה, על ידי רמות גבוהות של יעילות, על ידי רמות גבוהות של אנרגיה, ואפקטים, על ידי רמות גבוהות של אנרגיה, על ידי רמות גבוהות יותר, על ידי רמות גבוהות של אנרגיה, ואפקטים, על ידי רמות גבוהות של אנרגיה, על ידי רמות גבוהות של אנרגיה, ואפקטים, על ידי רמות גבוהות של אנרגיה, על ידי רמות גבוהות של אנרגיה