Tranziţia globală către energia regenerabilă se accelerează, iar energia eoliană offshore joacă un rol esenţial în decarbonizarea reţelelor electrice. În timp ce turbinele fixe tradiţionale s-au dovedit eficiente în apele de mică adâncime, vaste regiuni oceanice profunde, unde peste 80% din resursele eoliene offshore din lume îşi au sediul în continuare, rămân neexploatate. Turbinele eoliene plutitoare oferă o soluţie transformativă, permiţând capturarea vânturilor mai puternice şi mai consistente în ape, mai adânci de 60 de metri. Această tehnologie evoluează rapid de la prototipuri experimentale la proiecte comerciale, poziţionându-se ca piatră de temelie a viitorului mix energetic.

Ce sunt turbinele eoliene plutitoare?

Spre deosebire de omologii lor fixe-fund care sunt conduse în fundul mării, turbinele eoliene plutitoare sunt montate pe platforme plutitoare ancorate pe fundul mării prin linii de acostare. Aceste platforme sunt concepute pentru a menține stabilitatea în timp ce permite turbinei să funcționeze eficient în ape adânci . De obicei, dincolo de 60 de metri adâncime. Turbina se așează pe un turn care este atașat la structura plutitoare, care poate fi de câteva sute de metri lățime. Platformele sunt fabricate pe uscat, remorcate la site-ul de instalare, și apoi conectate la sisteme de acostare pre-instalate și cabluri de export.

Patru tipuri principale de modele de platforme plutitoare sunt în curs de dezvoltare:

Platforme Spar-Buoy

Platformele Spar folosesc un cilindru vertical lung, greu umplut cu balast pentru a reduce centrul de greutate și a oferi stabilitate. Acestea sunt simple, rentabile pentru apele adânci, dar necesită dane adânci pentru asamblare și au un proiect mare. Proiectul Hywind Scoția, prima fermă eoliană plutitoare din lume, utilizează tehnologia spar-buoy dezvoltat de Equinor.

Platforme semisubmersibile

Semisubmersibilele constau din mai multe coloane conectate de pontoane. Ei folosesc flotabilitate distribuită și balast de apă pentru a obține stabilitate. Aceste platforme au un proiect superficial, permițând asamblarea în porturi și instalarea în adâncimi moderate. Proiectul WindFloat Atlantic utilizează acest design, și mulți dezvoltatori îl favorizează pentru versatilitate și costuri de instalare mai mici.

Platforme pentru picioare de tensiune (TLP)

TLP sunt legate vertical de fundul mării folosind tendoane tensionate. Ele oferă stabilitate ridicată cu mișcare minimă, adecvată pentru turbinele mari. Designul este ușor, dar necesită instalare complexă și ancorare. Mai multe concepte TLP, cum ar fi GICONS TLP, sunt în curs de testare.

Platforme de tip barge

Barjele sunt simple coca dreptunghiulare sau în formă de ponton care se bazează pe o zonă mare de apă-plan pentru stabilitate. Ei au proiect superficial și sunt mai ușor de fabricat, dar pot experimenta mișcare mai mult induse de valuri. Proiect de demonstrație a fermei eoliene offshore Fukushima plutind a folosit o platformă de tip barjă.

Avantajele turbidelor eoliene plutitoare

Accesul la vânturi mai puternice şi mai coerente

Vitezele vântului sunt în general mai mari şi mai puţin turbulente în largul mării. Turbinele plutitoare pot fi poziţionate în ape adânci, unde vânturile sunt mai consistente, îmbunătăţind factorii de capacitate. Studiile arată că fermele eoliene plutitoare ar putea atinge factori de capacitate de peste 50%, comparativ cu aproximativ 35-45% pentru multe locuri fixe-jos. Aceasta se traduce direct în producţie de energie mai mare per turbine.

Opțiuni extinse de desfășurare

Turbinele fixe de fund sunt limitate la adâncimile apei de 30

Reducerea tulburărilor vizuale și de mediu

Deoarece pot fi plasate la mulţi kilometri de ţărm, turbinele eoliene plutitoare sunt adesea invizibile de pe coastă, reducând obiecţiile estetice care pot bloca proiecte de pe uscat şi de pe ţărmul apropiat. În plus, fundaţiile nu necesită conducerea de pile sau pregătirea fundului mării, reducând semnificativ zgomotul şi perturbarea habitatului în timpul instalaţiei.

Scalabilitate și instalare eficientă

Platformele pot fi complet asamblate și comandate în port, apoi remorcate la site-ul de eliminând necesitatea de nave scumpe grele de ridicare și construcții offshore. Această abordare modulară accelerează instalarea și permite producția în serie de componente standardizate, pavarea calea pentru reduceri de costuri prin economii de scară.

Provocări tehnice și economice

Costuri de capital ridicate

În prezent, turbinele eoliene plutitoare sunt de 2

Complexitatea tehnică și fiabilitatea

Proiectarea structurilor plutitoare care pot suporta valuri extreme, curenţi, şi de încărcare a vântului pentru 25+ ani necesită inginerie avansată. Platforma de mişcare poate impune sarcini suplimentare asupra componentelor turbinei, reducând fiabilitatea. Cablurile dinamice care trebuie să reziste îndoire ciclice şi tensiune sunt un punct critic de defectarea. Continuarea C&D se concentrează pe sisteme active de balastare, materiale uşoare şi modele robuste de conectare.

Instalarea și întreținerea

În timp ce asamblarea în port simplifică instalarea inițială, întreținerea continuă în apele adânci este o provocare. Accesarea turbinelor necesită nave specializate și poate fi limitată de ferestre meteorologice. Dezvoltatorii explorează drone autonome de inspecție, monitorizare la distanță și proiecte de componente cu schimbare rapidă pentru a reduce timpul de despărțire și costurile operaționale. [ ] Laboratorul Național pentru Energie Regenerabilă estimează că costurile O&M ar putea reprezenta 25 de țigări din costurile totale ale ciclului de viață pentru proiectele timpurii.

Conexiune grilă

Transmisia energiei de la turbinele plutitoare îndepărtate necesită cabluri dinamice care pot manevra adâncimea și mișcarea valurilor. Aceste cabluri sunt mai scumpe și mai puțin eficiente decât cele statice. Sistemele de curent continuu de înaltă tensiune (HPVDC) pot fi necesare pentru distanțe lungi, adăugând la costurile infrastructurii. Inițiative colaborative dezvoltă modele dinamice standard de cabluri și substații plutitoare pentru a aborda aceste provocări.

Impactul asupra mediului și mediului marin

Turbinele eoliene plutitoare au o amprentă ecologică mai ușoară decât cea fixă, datorită interferențelor minime pe fundul mării. Sistemele de ancorare și liniile de acostare pot crea efecte artificiale asupra recifelor, care pot aduce beneficii vieții marine locale. Cu toate acestea, este esențial să se așeze cu atenție pentru a evita habitatele sensibile, rutele migratorii și zonele de pescuit. Zgomotul de construcție este limitat în mare măsură la asamblarea porturilor și la ouatul cablurilor. Impacturile operaționale includ câmpuri electromagnetice provenite de la cabluri (care pot afecta elasmoramuri) și riscul de coliziune pentru păsările marine și lilieci. Monitorizarea mediului este integrată în toate proiectele majore, iar autoritățile din domeniul energiei oceanice elaborează orientări privind cele mai bune practici.

Proiecte-pilot și obiective de etapă ale industriei

Hywind Scoția

Operational din 2017, Equinors 30 MW Hywind Scotia ramane cea mai lunga ferma de vant plutitoare comerciale. Cinci turbine Siemens Gamesa de 6 MW montate pe geamanduri Spar atinge factori de capacitate medii peste 50%, dovedind viabilitatea tehnologiei fara probleme in conditiile Marii Nordului. Lectiile invatate din Hywind informeaza proiecte mai mari, inclusiv Hywind Tampen (88 MW in Norvegia) si au propus 200 MW+ ferme in Coreea de Sud.

Oceanul Atlantic

În largul coastei Portugaliei, proiectul WindFloat de 25 MW utilizează trei platforme semisubmersibile cu turbine MHI Vestas 8,4 MW. Începând cu 2020, a demonstrat o performanță ridicată și rezistență ridicată, rezistând la unde de 20 de metri în timpul furtunilor. Succesul proiectului a stimulat dezvoltarea unei ferme eoliene de 30 MW Kincardine Offshore din Scoția, care utilizează și tehnologia WindFloat de la Principle Power.

Alte inițiative-cheie

Franța avansează cu mai multe proiecte pilot, cum ar fi Provence Grand Large (3 turbine, 25 MW) și EolMed (3 turbine, 30 MW). În Japonia, proiectul Fukushima Forward a testat o unitate semi-submersibilă de 7 MW. Biroul SUA de Management al Energiei Oceanului a identificat zone potențiale de închiriere în afara Californiei, unde vântul plutitor este singura opțiune viabilă din cauza apelor adânci. Aceste proiecte conduc în mod colectiv în jos costurile și validează diferite proiecte de platforme.

Perspective viitoare şi coborâre

Se preconizează că piața eoliană plutitoare va crește de la mai puțin de 200 MW în prezent la peste 20 GW până în 2035, conform previziunilor industriei. Europa, Asia-Pacific și Coasta de Vest a SUA reprezintă cele mai mari piețe imediate. Sprijin politic (cum ar fi finanțarea inovării, licitațiile de energie regenerabilă cu reduceri de emisii specifice pentru anumite tipuri de vehicule plutitoare și raționalizarea deversării este crucială pentru investițiile în etape incipiente de risc. Producătorii dezvoltă turbine optimizate în mod specific pentru platforme plutitoare, cu capacități care ating 15 MW și dincolo de acestea.

Căile de reducere a costurilor includ industrializarea fabricării cocii, utilizarea materialelor mai ușoare (concrete în loc de oțel pentru balast), tehnologia avansată de acostare, și cabluri dinamice standardizate. Infrastructura de rețea partajată și substații plutitoare pot reduce cheltuielile de transport. Dacă aceste tendințe se materializează, vântul plutitor ar putea atinge paritatea de rețea cu alte surse regenerabile într-un deceniu, deblocarea unei resurse energetice masive, curate vitale pentru atingerea obiectivelor nete-zero.

Concluzie

Turbinele eoliene plutitoare nu sunt doar o îmbunătățire incrementală față de proiectele fixe de jos; ele reprezintă o schimbare de paradigmă în desfășurarea vântului offshore. Prin eliminarea constrângerilor de adâncime, ele deschid cele mai profunde și mai vântoase zone oceanice pentru generarea de energie regenerabilă pe scară largă. În timp ce costurile actuale și obstacolele tehnice rămân semnificative, progrese tehnologice rapide, creșterea încrederii investitorilor și sprijinul puternic al politicilor sunt propulsarea industriei înainte. Dezvoltarea cu succes a vântului plutitor va fi esențială pentru orice strategie energetică cuprinzătoare, durabilă, care vizează decarbonizarea aprovizionării globale cu energie electrică în timp ce minimizarea conflictelor de utilizare a terenurilor. Turbinele sunt deja plutitoare și valul de schimbare este în creștere.