Світовий перехід на відновлювану енергію є прискоренням, а також на об'єкти вітрової потужності відіграє ключову роль в декарбонізації електромереж. Хоча традиційні фіксовані-знизні турбіни довели ефективність в неглибоких водах, переважних глибоких океанських регіонах - де більше 80% від світового офшорного вітрового ресурсу, що відходить до комерційно-масштабних проектів, позиціонування себе як кутовий камінь майбутнього енергетичного міксу.

Які вітрові турбіни?

На відміну від їх фіксованих знизу аналогів, які вводяться в морське дно, плаваючі вітротурбін монтуються на буоотних платформах, які закріплюються на морфолоро, за допомогою рухомих ліній. Ці платформи призначені для підтримки стабільності, дозволяючи турбіну ефективно працювати в глибоких водах, швидко заглиблюється за 60 метрів глибини. Сам турбіна сидить вежу, яка кріпиться до плаваючої конструкції, яка може бути шириною кілька сотень метрів. Платформи покладаються на суші, щоб припустити на місці установки, а потім підключені до попередньо встановлених систем зволоження і експортних кабелів.

У розробці є чотири основні типи плаваючих платформ:

Платформи для Spar-Buoy

Spar використовує довгий, важкий вертикальний циліндр, наповнений баластом, щоб знизити центр ваги і забезпечити стійкість. Вони прості, економічно ефективні для глибоких вод, але вимагають глибоких причалів для складання і мають великий проект. Проект Hywind Scotland, перший в світі плаваючий вітропарк, використовує технологію спарювання, розроблену Equinor.

Напіврозпушувальні платформи

Напівзанурювальні елементи складаються з декількох стовпчиків, підключених понтонами. Вони використовують розподілені буоості та баласт води для досягнення стабільності. Ці платформи мають неглибокий проект, що дозволяє збирання в портах і установці в помірних глибинах. Проект WindFloat Atlantic використовує цей дизайн, і багато розробників вигідно це для універсальності і низьких витрат на встановлення.

Натяжні платформи ніг (TLP)

ТЛП перетворюються вертикально до морського дна, використовуючи натяжні сухожилля. Вони забезпечують високу стійкість з мінімальними рухами, придатними для великих турбін. Конструкція легка, але вимагає комплексної установки і закріплення. Кілька концептів ТЛП, таких як ТЛП ГІКОНа, проходять тестування.

Барж-Тип Платформи

Баргові є прості прямокутні або понтонні корпуси, які спираються на велику аква-планову зону для стабільності. Вони мають мілкопроект і легше тканинувати, але можуть відчувати більш хвильові індуковані рухи. Проект Fukushima Floating Offshore Wind Farm Demonstration використовується для барж-типової платформи.

Переваги флоаційних вітрових турбін

Доступ до Stronger, більш консистентних вітрів

Швидкість вітру зазвичай вище і менш турбулентна набагато більша, ніж у порівнянні з попереднім відділенням. Покриття турбін можна розташувати в глибоких водах, де вітри більш послідовні, поліпшення коефіцієнтів потужності. Дослідження свідчать про те, що плаваючі вітроелектростанції можуть досягати коефіцієнтів потужності, що перевищують 50%, порівняно з близько 35-45% для багатьох нерухомо-знизу. Це перекладається безпосередньо в більш високу енерговиробництво на турбіну.

Додаткові параметри розгортання

Фіксовані низові турбіни обмежені глибиною води 30–60 метрів, що включають великі континентальні полки та глибокі берегові води. Покриття турбін розблокування зон, таких як Західний берег США, Японія, Португалія та Середземноморський—де глибина води падає круто біля берега. За даними Міжнародне енергетичне агентство, плаваюче вітр може відкрити понад 11,000 ГВт технічного потенціалу глобально.

Зменшена візуальна та екологічний знешкодження

Оскільки вони можуть розміщуватися в декількох кілометрах від берега, плаваючі вітрові турбіни часто невидимі з узбережжя, зменшуючи естетичні заперечення, які можуть стояти на суші і поблизу берегових проектів. Крім того, фундаменти не вимагають пальового або морського підготовки, значно знижує шум і захворюваність при установці.

Можливість та ефективність

Платформи можуть бути повністю зібрані і введено в експлуатацію в порту, потім накручуються на сайт — змінюючи необхідність дорогих важко-ліфтових суден і офшорних споруд. Цей модульний підхід прискорює монтаж і дозволяє серійне виробництво стандартних компонентів, бруньте спосіб зниження вартості через економію масштабу.

Технічні та економічні виклики

Високі витрати капіталу

В даний час плаваючі вітрові турбіни є 2–3 рази дорожче за мегават, ніж фіксовані-знизні турбіни. Вартість керовані спеціалізованими сталевими платформами, комплексними системами змотування та динамічними експортними кабелів, які повинні гнучкі з хвилею. Вирівнювана вартість енергії (LCOE) для плаваючого вітру оцінюється на 150–200 доларів на МВт•год, у порівнянні з 60–90 доларів для фіксованого вітру. Однак проект дорожні карти LCOE для зниження нижче $100 за МВт•год по 2030 через оптимізацію дизайну, промислове масштабування та дозрівання ланцюжка.

Технічна складність та надійність

Проектування плаваючих конструкцій, які можуть призвести до екстремальних хвиль, струмів та вітрового навантаження на 25+ років, вимагає передової інженерії. Трансформація руху може накладати додаткові навантаження на компоненти турбіни, зменшуючи надійність. Динамічні кабелі - які повинні витримати циклічні вигини та натяг - стати критичною точкою збою. Набуваючи R&D фокусується на активних баластних системах, легких матеріалів і міцних з'єднань.

Монтаж та обслуговування

Під час складання в порту спрощує початкову інсталяцію, що триває технічне обслуговування в глибоких водах є складним. Доступ до турбін вимагає спеціалізованих суден і може бути обмежена погодними вікнами. Розробники досліджуються автономні оглядові безпілотники, дистанційний моніторинг стану та швидкі зміни складових конструкцій для зниження часу та експлуатаційних витрат. Національна лабораторія відновлюваної енергії] оцінює, що O&M витрати можуть представляти 25–30% від загальної витрат життєвого циклу для ранньої реалізації проектів.

Підключення сітки

Передача потужності від далеких плаваючих турбін вимагає динамічних кабелів, які можуть обробляти глибину і хвильовий рух. Ці кабелі є більш дорогими і менш ефективними, ніж статичними. Системи високого напруги можуть знадобитися для довгих дистанцій, додаючи інфраструктурні витрати. Співпраця з ініціативами розробляє стандартизовані динамічні кабельні конструкції і плаваючі підстанції для вирішення цих завдань.

Екологічно-морський вплив

Покриття вітрових турбін мають більш легкий природний вигляд, ніж фіксований знизу через мінімальні перешкоди для морського дна. Анко системи та мотивуючі лінії можуть створювати штучні ефекти рифу, потенційно вигідно корисним місцевим морським життям. Однак, обережне сидіння є важливим для уникнення чутливих звичок, мігрувальних шляхів та риболовлі. Будівельний шум є значною мірою конфінований до складання порту та укладання кабелю. Функціональні ефекти включають електромагнітні поля з кабелів (які можуть впливати на еласмобрані) та ризик зіткнення для морських птахів і кажанів. Моніторинг навколишнього середовища інтегрований в всі основні проекти, а кращі практики розроблені океанськими енергетичними органами.

Провідні проекти та галузеві плити

Шотландія Hywind

Операційне з 2017 року, Hywind Scotland Equinor 30 МВт залишається найдовшим комерційним плаваючим вітропарком. П'ять 6 МВт Siemens Gamesa турбіни, встановлених на спарних буйках, досягають середньої потужності чинників вище 50%, що дозволяють в'язкість технології в суворих умовах Північного моря. Уроки, які навчаються від Hywind Tampen (88 МВт в Норвегії) і запропонували 200 МВт+ ферми в Південній Кореї.

ВітерФлоат Атлантік

Від узбережжя Португалії, проект «ВетерФлоат Атлантік» 25 МВт використовує три напівпричепні платформи з турбінами MHI Vestas 8.4 МВт. Уповноважений в 2020 році, він продемонстрував високу продуктивність і стійкість, з висиханням 20-метрових хвиль під час бурів. Успіх проекту має поглиблення розвитку 30 МВт Кінкарді Офшор Ведер Ферма в Шотландії, також використовує технологію WindFloat від ]Principle Power.

Інші ключові ініціативи

Франція пересувається вперед з декількома пілотними проектами, такими як прованс Grand Large (3 турбіни, 25 МВт) і EolMed (3 турбіни, 30 МВт). У Японії, проект Fukushima Forward протестував на півдсмуговий блок 7 МВт. Бюро управління Ocean Energy виділило потенційні орендні зони від Каліфорнія, де плаваючий вітер є єдиним життєздатним варіантом завдяки глибоким водам. Ці проекти, що колгоспно приводять витрати і валідують різні платформи.

Майбутні перспективи та масштабування

Поплавлений ринок вітру є прогнозом зростання від менш ніж 200 МВт сьогодні до 20 ГВт на 2035 рік, відповідно до галузевих проекцій. Європа, Азія-Тихоокеанський, а Західний берег США представляють найбільші безпосередні ринки. Підтримка політики - це інноваційне фінансування, відновлювані енерготорги з плаваючі карвінги, і поточна дозвільна документація - має вирішальне значення для скорочення ранніх інвестицій. Виробники розвиваючі турбіни спеціально оптимізовані для плаваючих платформ, з потужністю досягають 15 МВт і за її межами.

Доріжки скорочення витрат включають індустріалізація виготовлення корпусу, використання легких матеріалів (бетон замість сталі для баласту), передові технології змотування та стандартизовані динамічні кабелі. Об'єднана інфраструктура сітки та плаваючі підстанції можуть знизити витрати передачі. Якщо ці тенденції, що матеріалізують, плаваюче вітер може досягти чистої пари з іншими відновлюваними джерелами протягом десяти років, розблокування масивного, чистого енергетичного ресурсу, життєво важливо для зустрічі цілей чистого морози.

Висновок

Покриття вітрових турбін не є несприятливим поліпшенням над фіксованими конструкціями; вони представляють собою парадигм зсув в офшорному вітровому розгортанні. Видаляючи глибини, вони відкривають найглибші і найможіші океанські зони для масштабного відновлюваного покоління. Хоча поточні витрати і технічні глушки залишаються значними, швидким технологічним прогресом, підвищення довіри інвесторів, а також сильна підтримка політики є поширенням галузі вперед. Вдалим розвитком плаваючого вітру буде важливе значення для будь-якої комплексної, сталого енергетичної стратегії, яка спрямована на декарбонізації глобального постачання електроенергії при мінімізації земельних конфліктів. Турбіни вже плавлені, і т.