Оффшорная ветроэнергетика или оффшорная ветровая энергия - это развертывание ветряных электростанций, расположенных в водоемах. На суше возможны более высокие скорости ветра, чем на суше, поэтому выработка электроэнергии на морских фермах выше на количество установленных мощностей [1], и сопротивление NIMBY обычно слабее.
В отличие от типичного использования термина «оффшор» в морской индустрии, оффшорная ветровая энергия включает прибрежные акватории, такие как озера, фьорды и защищенные прибрежные районы, а также более глубоководные районы. Большинство оффшорных ветряных электростанций используют ветровые турбины с неподвижным фундаментом на относительно мелководье. По состоянию на 2020 год плавучие ветряные турбины для более глубоких вод находились на ранней стадии разработки и внедрения.
По состоянию на 2020 год общая мировая мощность морской ветроэнергетики составляла 35,3 гигаватт (ГВт). [2] На Соединенное Королевство (29%), Китай (28%) и Германию (22%) приходится более 75% мировой установленной мощности. Проект Hornsea Project One мощностью 1,2 ГВт в Соединенном Королевстве был крупнейшей в мире оффшорной ветроэлектростанцией. [3] Другие проекты, находящиеся на стадии планирования, включают Dogger Bank в Соединенном Королевстве на 4,8 ГВт и Greater Changhua на Тайване на 2,4 ГВт. [4]
Стоимость морских ветроэнергетических установок исторически была выше, чем наземных, [5] но затраты снизились до 78 долларов за МВтч в 2019 году. [6] Морская ветроэнергетика в Европе стала конкурентоспособной по цене по сравнению с традиционными источниками энергии в 2017 году. [7] Морская ветроэнергетика генерация росла более чем на 30 процентов в год в 2010-е годы. По состоянию на 2020 год оффшорная ветроэнергетика стала значительной частью производства электроэнергии в Северной Европе, хотя и оставалась менее 1 процента от общего мирового производства электроэнергии. [8]
Европа является мировым лидером в области оффшорной ветроэнергетики: первая оффшорная ветряная электростанция ( Vindeby ) была установлена в Дании в 1991 году. [16] В 2009 году средняя паспортная мощность морской ветряной турбины в Европе составляла около 3 МВт, а Ожидается, что мощность будущих турбин увеличится до 5 МВт. [16]
Всесторонний обзор технических аспектов турбин, таких как размеры, используемые на суше, включая электрические соединения и преобразователи в 2013 году, показал, что отрасль в целом была чрезмерно оптимистична в отношении соотношения выгод и затрат, и пришел к выводу, что «рынок морской ветроэнергетики не соответствует» не похоже, что он будет большим ». [17] [18] В 2013 году морская ветроэнергетика составила 1 567 МВт из 11 159 МВт ветроэнергетических мощностей, построенных в этом году. [19]
К январю 2014 года в Европе было построено 69 морских ветроэлектростанций со средней годовой установленной мощностью 482 МВт. [20] Общая установленная мощность морских ветряных электростанций в европейских водах достигла 6 562 МВт. [20] Соединенное Королевство было на сегодняшний день самой большой мощности с 3,681 МВт. Дания заняла второе место с установленной мощностью 1271 МВт, а Бельгия была третьей с 571 МВт. Германия заняла четвертое место с 520 МВт, за ней следуют Нидерланды (247 МВт), Швеция (212 МВт), Финляндия (26 МВт), Ирландия (25 МВт), Испания (5 МВт), Норвегия (2 МВт) и Португалия (2 МВт). ). [20]
По состоянию на конец 2015 года 3230 турбин на 84 морских ветроэлектростанциях в 11 европейских странах были установлены и подключены к электросети, что составляет общую мощность 11 027 МВт. [21] [22]
За пределами Европы китайское правительство поставило амбициозные цели: установить 5 ГВт установленных мощностей оффшорной ветроэнергетики к 2015 году и 30 ГВт к 2020 году, что превзойдет мощность других стран. Однако в мае 2014 года мощность оффшорной ветроэнергетики в Китае составляла всего 565 МВт. [23] Морские мощности в Китае увеличились на 832 МВт в 2016 году, из которых 636 МВт были произведены в Китае. [24]
Рынок морского ветроэнергетического строительства остается достаточно концентрированным. К концу 2015 года Siemens Wind Power установила 63% мировых мощностей морской ветроэнергетики 11 ГВт [25] ; Вестас имел 19%, Сенвион занял третье место с 8% и Адвен 6%. [26] [12] Около 12 ГВт оффшорных ветроэнергетических мощностей были в эксплуатации, в основном в Северной Европе, из которых 3755 МВт будут введены в эксплуатацию в течение 2015 года. [27] По состоянию на 2020 год 90% оффшорного мирового рынка было представлено европейскими компаниями. . [28]
К 2017 году установленная мощность морской ветроэнергетики по всему миру составляла 20 ГВт. [29] В 2018 году морская ветроэнергетика обеспечивала всего 0,3% мирового электроснабжения. [30] Тем не менее, только в 2018 году в мировом масштабе было задействовано дополнительно 4,3 ГВт морских ветроэнергетических мощностей. [30] В Дании в 2018 году 50% электроэнергии было произведено за счет энергии ветра, из которых 15% приходилось на оффшор. [31]
В 2010 году Агентство энергетической информации США заявило, что «морская ветроэнергетика - самая дорогая технология производства энергии, рассматриваемая для крупномасштабного развертывания». [5] Состояние оффшорной ветроэнергетики в 2010 г. представляло экономические проблемы, значительно более серьезные, чем для наземных систем, с ценами в диапазоне 2,5–3,0 млн. Евро / МВт. [32] В том году Siemens и Vestas были поставщиками турбин для 90% оффшорной ветроэнергетики, в то время как Ørsted A / S (тогда называвшаяся DONG Energy), Vattenfall и E.on были ведущими оффшорными операторами. [1]
В 2011 году Эрстед подсчитал, что, хотя морские ветряные турбины еще не были конкурентоспособными с ископаемым топливом, они будут такими через 15 лет. А до этого потребуются государственное финансирование и пенсионные фонды. [33] В конце 2011 г. в водах Бельгии, Дании, Финляндии, Германии, Ирландии, Нидерландов, Норвегии, Швеции и Соединенного Королевства было 53 оффшорных ветряных электростанции с рабочей мощностью 3813 МВт, [34 ], а 5 603 МВт находились в стадии строительства. [35] Морские ветряные электростанции стоимостью 8,5 млрд евро (11,4 млрд долларов) строились в европейских водах в 2011 году. [36]
В 2012 году Bloomberg подсчитал, что энергия морских ветряных турбин стоит 161 евро ( 208 долларов США ) за МВтч. [37]
Стоимость оффшорной ветроэнергетики снижается намного быстрее, чем ожидалось. К 2016 году четыре контракта ( Borssele и Kriegers ) уже были ниже самой низкой из прогнозируемых цен на 2050 год. [38] [39]
Согласно прогнозам на 2020 год, мощность морской ветряной электростанции в европейских водах составит 40 ГВт, что обеспечит 4% потребности Европейского Союза в электроэнергии. [41] Европейская ассоциация ветроэнергетики поставила цель 40 ГВт установленной к 2020 году и 150 ГВт к 2030 году [16] мощность ветра Offshore , как ожидается , достигнет в общей сложности 75 ГВт во всем мире к 2020 году, с значительным вкладом Китая и Соединенные Штаты. [1]
Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) прогнозируется в 2016 году , что оффшорная ветровая энергия вырастет до 8% океанской экономики к 2030 году, и что ее промышленность будет использовать 435000 человек, добавив 230 $ млрд стоимости. [42]
Европейская комиссия ожидает , что оффшорная энергия ветра будет иметь все большее значение в будущем, так как ветер с берегом является частью ее Green Deal . [43] Развитие всего потенциала морской ветроэнергетики в Европе является одним из ключевых действий в разделе «Чистая энергия» Зеленого соглашения. [43]
Ожидается, что к 2050 году установленная мощность морской ветроэнергетики достигнет 1550 ГВт в мировом масштабе. [29] По сравнению с мощностью 2017 года, что соответствует увеличению в 80 раз. [29]
Одним из достижений, характеризующих текущее развитие оффшорной индустрии, являются технологии, которые позволяют реализовывать оффшорные ветровые проекты дальше от берега, где ветроэнергетика выше. В частности, внедрение технологий плавучих фундаментов оказалось многообещающей технологией для раскрытия ветрового потенциала на более глубоких водах. [44]
Преимущество размещения ветряных турбин на море заключается в том, что ветер намного сильнее у берегов, и, в отличие от ветра над сушей, морской бриз может быть сильным днем, что соответствует времени, когда люди потребляют больше всего электроэнергии. Морские турбины также могут быть расположены близко к центрам нагрузки на побережье, например, в крупных городах, что устраняет необходимость в новых линиях передачи на большие расстояния. [46] Однако у морских установок есть несколько недостатков, связанных с более дорогой установкой, трудностью доступа и более суровыми условиями для установок.
Размещение ветряных турбин на море подвергает их воздействию высокой влажности, соленой воды и брызг соленой воды, что отрицательно сказывается на сроке службы, вызывает коррозию и окисление, увеличивает затраты на техническое обслуживание и ремонт и в целом делает все аспекты установки и эксплуатации намного более сложными, требующими много времени. , опаснее и дороже, чем участки на суше. Влажность и температура регулируются с помощью кондиционирования герметичной гондолы. [47] Устойчивая работа и генерация на высоких скоростях также пропорционально увеличивают требования к износу, техническому обслуживанию и ремонту.
Стоимость турбины составляет от одной трети до половины [32] общих затрат на сегодняшние морские проекты, остальная часть приходится на инфраструктуру, техническое обслуживание и надзор. Затраты на фундамент, установку, электрические соединения и эксплуатацию и техническое обслуживание (O&M) составляют большую долю от общей суммы для морских установок по сравнению с береговыми ветряными электростанциями. Стоимость установки и электрического подключения также быстро увеличивается с удалением от берега и глубиной воды. [48]
Другие ограничения оффшорной ветроэнергетики связаны с по-прежнему ограниченным количеством установок. Оффшорная ветроэнергетика еще не полностью индустриализирована, поскольку по состоянию на 2017 год все еще существуют узкие места в поставках. [49]
Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( Май 2018 г. ) |
Морские ветряные электростанции, как правило, имеют более крупные турбины по сравнению с наземными установками, и наблюдается тенденция к постоянному увеличению их размеров. Экономика морских ветряных электростанций, как правило, отдает предпочтение более крупным турбинам, поскольку затраты на установку и подключение к сети снижаются на единицу произведенной энергии. [48] Более того, морские ветряные электростанции не имеют таких же ограничений по размеру, как береговые ветряные турбины, таких как наличие земли или требования к транспорту. [48]
Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( Май 2018 г. ) |
Эксплуатационные расходы ветряных электростанций делятся на техническое обслуживание (38%), деятельность порта (31%), эксплуатацию (15%), лицензионные сборы (12%) и прочие расходы (4%). [50]
Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание обычно составляют 53% эксплуатационных расходов и 25–30% общих затрат на жизненный цикл морских ветряных электростанций. O&M считается одним из основных препятствий для дальнейшего развития этого ресурса.
Обслуживание морских ветряных электростанций намного дороже, чем наземных установок. Например, один техник в пикапе может быстро, легко и безопасно получить доступ к турбинам на суше практически в любых погодных условиях, выйти из своего транспортного средства и просто пройти к турбинной башне и войти в нее, чтобы получить доступ ко всей установке в течение нескольких минут. прибытия на место. Подобный доступ к оффшорным турбинам включает в себя поездку на причал или пирс, загрузку необходимых инструментов и материалов в лодку, поездку к ветряной турбине (ам), закрепление лодки на конструкции турбины, передачу инструментов и материалов с лодки на турбину и турбину к лодке и выполните остальные действия в обратном порядке. Помимо стандартного защитного снаряжения, такого как каска, перчатки и защитные очки, от специалиста по морской турбине может потребоваться ношение спасательного жилета.водонепроницаемая или водонепроницаемая одежда и, возможно, даже спасательный костюм при работе, морские и атмосферные условия делают быстрое спасение в случае падения в воду маловероятным или невозможным. Как правило, для выполнения задач, которые один техник с водительскими правами может выполнять на суше за небольшую часть времени и за небольшую часть затрат, требуются как минимум два техника, обладающих квалификацией и обучением работе с большими моторными лодками в море.Лицензия s может работать на суше за небольшую часть времени за небольшую часть стоимости.Лицензия s может работать на суше за небольшую часть времени за небольшую часть стоимости.
Стоимость установленных морских турбин упала на 30% до 78 долларов за МВтч в 2019 году, что является более быстрым падением, чем другие виды возобновляемой энергии. [6] Было высказано предположение, что масштабные инновации могут обеспечить снижение затрат на морскую ветроэнергетику на 25% к 2020 году. [51] Рынок морской ветроэнергетики играет важную роль в достижении цели по возобновляемым источникам энергии в большинстве стран мира.
В 2016 году аукционы по будущим проектам достигли стоимости 54,5 евро за мегаватт-час (МВтч) на 700 МВт Borssele 3 и 4 [52] из-за государственного тендера и размера [53] и 49,90 евро за МВтч (без передачи) на 600 МВт. Kriegers Flak . [54]
В сентябре 2017 года в Соединенном Королевстве были присуждены контракты по страйковой цене 57,50 фунтов стерлингов за МВтч, что сделало цену дешевле, чем ядерная, и конкурентоспособной с газом. [55]
В сентябре 2018 года были присуждены контракты с компанией Vineyard Wind, Массачусетс, США, по цене от 65 до 74 долларов за МВтч. [56] [57]
Морские ветровые ресурсы по своей природе огромны по своим масштабам и сильно рассредоточены, учитывая соотношение площади поверхности планеты, покрытой океанами и морями, к площади суши. Известно, что скорость ветра на суше значительно выше, чем в аналогичном месте на суше, из-за отсутствия препятствий на суше и более низкой шероховатости поверхности воды по сравнению с такими особенностями суши, как леса и саванна, и этот факт иллюстрируется глобальными картами скорости ветра. которые охватывают как береговые, так и морские районы, используя одни и те же исходные данные и методологию. Для Северного моря энергия ветряных турбин составляет около 30 кВтч / м 2 морской площади в год, передаваемых в сеть. Энергия на морскую площадь примерно не зависит от размера турбины. [58]
Потенциал технических пригодных для использования ресурсов для морского ветра является фактором средней скорости ветра и глубины воды, поскольку вырабатывать электроэнергию можно только из морских ветровых ресурсов, где турбины могут быть закреплены на якоре. В настоящее время морские ветряные турбины с фиксированным фундаментом можно устанавливать на глубине до 50 метров (160 футов). Помимо этого, потребуются турбины с плавающим фундаментом, что потенциально позволит их установку на глубине до одного километра (3300 футов) на основе предлагаемых в настоящее время технологий. [59] На основе анализа реальной глубины воды и скорости ветра более семи метров в секунду (23 фута / с) было подсчитано, что имеется более 17 тераватт(TW) оффшорного ветроэнергетического потенциала только в 50 изученных странах, не включая большинство стран ОЭСР, таких как Австралия, Япония, США или Западная Европа. Такие богатые страны, как Аргентина и Китай, имеют потенциал почти 2TW и 3TW соответственно, что свидетельствует об огромном потенциале морского ветра в таких местах. [60]
Чтобы получить необходимую информацию для планирования ввода в эксплуатацию морской ветряной электростанции, необходимо несколько вещей. Первая необходимая информация - это характеристики ветра в море. Дополнительные необходимые данные для планирования включают глубину воды, течения, морское дно, миграцию и волновое воздействие, которые вызывают механические и структурные нагрузки на потенциальные конфигурации турбин. К другим факторам относятся рост морской среды, соленость, обледенение и геотехнические характеристики дна моря или озера.
Существующее оборудование для измерений включает обнаружение света и дальность ( LIDAR ), звуковое обнаружение и дальность ( SODAR ), радар , автономные подводные аппараты (AUV) и дистанционное спутниковое зондирование, хотя эти технологии должны быть оценены и усовершенствованы, согласно отчету коалиция исследователей из университетов, промышленности и правительства, поддерживаемая Центром Аткинсона за устойчивое будущее . [61]
Из-за множества факторов, одна из самых больших трудностей с оффшорными ветряными электростанциями - это способность прогнозировать нагрузки. При анализе необходимо учитывать динамическую связь между поступательными (волнами, качелями и вертикальными колебаниями) и вращательными (крен, тангаж и рыскание ) движениями платформы и турбинными движениями, а также динамические характеристики швартовных тросов для плавучих систем. Фундаменты и подконструкции составляют значительную часть морских ветровых систем и должны учитывать каждый из этих факторов. [61] Передача нагрузки в растворе между башней и фундаментом может вызвать нагрузку на раствор, а в некоторых морских турбинах Великобритании используются эластомерные подшипники . [62]
Коррозия также является серьезной проблемой и требует детального проектирования. Перспектива дистанционного мониторинга коррозии выглядит очень многообещающей с использованием опыта, используемого морской нефтегазовой промышленностью и другими крупными промышленными предприятиями.
Более того, поскольку было обнаружено, что эффективность выработки электроэнергии ветряными электростанциями с подветренной стороны от морских ветряных электростанций снижается, при принятии стратегических решений может потребоваться учитывать - на международном уровне - ограничения и возможности для оптимизации. [63] [64]
Некоторые из руководящих указаний по проектированию оффшорных ветряных электростанций - это IEC 61400 -3, [65] [66] [67], но в США необходимы несколько других стандартов. [68] В ЕС различные национальные стандарты должны быть преобразованы в более согласованные руководящие принципы для снижения затрат. [69] Стандарты требуют, чтобы анализ нагрузок основывался на конкретных внешних условиях, таких как ветер, волна и течения. [70]
Этап планирования и выдачи разрешений может стоить более 10 миллионов долларов, длиться 5–7 лет и иметь неопределенный результат. Промышленность требует от правительств улучшения процессов. [71] [72] В Дании многие из этих этапов были намеренно упорядочены властями, чтобы минимизировать препятствия, [73] и эта политика была распространена на прибрежные ветряные электростанции с концепцией под названием «единое окно». [74] Соединенные Штаты представили аналогичную модель под названием «Умный с самого начала» в 2012 году. [75]
В Европейском союзе пересмотренная Директива по возобновляемым источникам энергии от 2018 года упростила процесс выдачи разрешений, чтобы помочь инициировать ветровые проекты. [28]
Установка и эксплуатация морских ветряных турбин регулируются как национальным, так и международным законодательством. Соответствующей международной правовой базой является UNCLOS (Конвенция Организации Объединенных Наций по морскому праву), которая регулирует права и обязанности государств в отношении использования Мирового океана. [76] Морская зона, в которой расположены оффшорные ветряные турбины, определяет, какие нормативные правила применяются.
В территориальных водах (до 12 морских миль от исходной линии побережья) прибрежное государство обладает полным суверенитетом [76], и поэтому регулирование морских ветряных турбин полностью находится под национальной юрисдикцией.
Исключительная экономическая зона (до 200 морских миль от исходных условий) не является частью территории государства , но подлежат исключительную юрисдикцию прибрежного государства и управление для выбранных целей, одна из которых является производство энергии от ветра. [76] Это означает, что в пределах этой зоны прибрежное государство имеет право устанавливать и эксплуатировать морские ветряные электростанции и устанавливать вокруг них зоны безопасности, которые должны соблюдаться всеми судами, при условии, что об установке было дано надлежащее уведомление. . Кроме того, ни сооружения, ни зоны безопасности не могут пересекаться с морскими путями, которые считаются важными для международного судоходства. [76]
За пределами исключительных экономических зон находятся открытое море или международные воды . [76] В этой зоне цель производства энергии прямо не упоминается как свобода в открытом море, и поэтому правовой статус морских ветроэнергетических установок неясен. В академических кругах утверждали, что неопределенность правового статуса морских ветроэнергетических установок в открытом море может стать предметом межгосударственных споров по поводу прав использования. [77] В качестве решения было предложено, чтобы морские ветряные установки могли быть включены в качестве свободы открытого моря, считаясь судами или искусственными островами , установками и сооружениями. [77]
По состоянию на 2020 год производство энергии с помощью ветров в открытом море еще технически невозможно из-за осложнений, связанных с более глубокой водой. [78] Однако передовая технология плавучих ветряных турбин является шагом к реализации проектов глубоководного ветра. [78]
Как правило, морские ветряные турбины с фиксированным фундаментом считаются технически целесообразными в районах с глубиной воды менее 50 метров (160 футов) и средней скоростью ветра более 7 метров в секунду (23 фута / с). [59] Плавучие морские ветряные турбины считаются технически жизнеспособными при глубине воды от 50 до 1000 метров (от 160 до 3280 футов). На представленной карте Вьетнама дается оценка технического потенциала этой страны как для стационарных, так и для плавучих морских ветряных турбин в зависимости от глубины воды.
Почти все действующие в настоящее время оффшорные ветряные электростанции используют турбины с неподвижным фундаментом, за исключением нескольких пилотных проектов. Морские ветряные турбины с фиксированным фундаментом имеют фиксированный фундамент под водой и устанавливаются на относительно мелководье на глубине от 50 до 60 метров (от 160 до 200 футов). [79]
Типы подводных конструкций включают монопольные , треножные и с кожухом, с различными основаниями на морском дне, включая монопольные или множественные сваи, гравитационное основание и кессоны . [79] Морские турбины требуют различных типов оснований для устойчивости в зависимости от глубины воды. На сегодняшний день существует ряд различных решений: [16] [80]
Могут быть изготовлены моноблоки диаметром до 11 метров (36 футов) и весом 2000 тонн, но самые большие на данный момент составляют 1300 тонн, что ниже предела в 1500 тонн для некоторых крановых судов. Остальные компоненты турбины намного меньше по размеру. [81]
Система основания свайных треног - это более новая концепция, разработанная для достижения более глубоких вод, чем монопольные системы, с возможной глубиной до 60 м. Эта технология состоит из трех моноблоков, соединенных вместе посредством соединительной детали наверху. Основным преимуществом этого решения является простота установки, которая выполняется путем установки трех моноблоков с последующим добавлением верхнего стыка. Более крупное основание также снижает риск опрокидывания. [82]
Конструкция стальной оболочки является результатом адаптации к морской ветроэнергетике концепций, которые десятилетиями использовались в нефтегазовой отрасли. Их главное преимущество - возможность достигать больших глубин (до 80 м). Их основные ограничения связаны с высокой стоимостью строительства и монтажа. [82]
Для мест с глубиной более 60–80 м фиксированные фундаменты неэкономичны или технически невыполнимы, и необходимы плавучие ветряные турбины, закрепленные на дне океана. [83] [84] [85] Blue H Technologies , которая в конечном итоге была приобретена Seawind Ocean Technology , установила первую в мире плавучую ветряную турбину в 2007 году. [86] [87] [88] Hywind - первая в мире полномасштабная плавучая установка. ветряная турбина, установленная в Северном море у побережья Норвегии в 2009 году. [89] Hywind Scotlandвведена в эксплуатацию в октябре 2017 года и является первой действующей плавучей ветроэлектростанцией мощностью 30 МВт. Были развернуты и другие виды плавучих турбин, и запланированы новые проекты.
Хотя подавляющее большинство наземных и всех крупных морских ветряных турбин, установленных в настоящее время, имеют горизонтальную ось , ветровые турбины с вертикальной осью были предложены для использования в морских установках. Благодаря установке на море и более низкому центру тяжести эти турбины в принципе могут быть построены больше, чем турбины с горизонтальной осью, с предлагаемой конструкцией мощностью до 20 МВт на турбину. Это могло бы улучшить экономию от масштаба оффшорных ветряных электростанций. [48] Однако никаких крупномасштабных демонстраций этой технологии не проводилось.
Поскольку морские ветряные турбины расположены в океанах и больших озерах, материалы, используемые для турбин, должны быть изменены по сравнению с материалами, используемыми для наземных ветряных турбин, и оптимизированы для коррозионной стойкости к соленой воде и новым нагрузочным силам, испытываемым башней, частично погружен в воду. Поскольку одной из основных причин интереса к морской ветроэнергетике является более высокая скорость ветра, некоторые различия в нагрузке будут происходить из-за более высоких сил сдвига между верхней и нижней частью ветряной турбины из-за разницы в скоростях ветра. Также следует учитывать ударные нагрузки, которые будут испытывать волны вокруг основания башни, что связано с использованием стальных трубчатых опор для морских ветроэнергетических установок. [90]
Поскольку морские ветряные турбины постоянно подвергаются воздействию соли и воды, сталь, используемая для монополя и турбинной башни, должна быть обработана для обеспечения коррозионной стойкости, особенно у основания башни в «зоне брызг» для волн, разбивающихся о башню и в монополия. Два метода, которые могут быть использованы, включают катодную защиту и использование покрытий для уменьшения коррозионной точечной коррозии, которая является обычным источником водородного растрескивания под напряжением . [91]Для катодной защиты оцинкованные аноды прикреплены к моноблоку и имеют достаточную разность потенциалов со сталью, чтобы коррозия была предпочтительнее, чем сталь, используемая в моноблоке. Некоторые покрытия, которые были нанесены на морские ветряные турбины, включают горячее цинкование и 2-3 эпоксидных покрытия с верхним полиуретановым покрытием. [91]
Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( Май 2019 г. ) |
Для установки фундамента и турбины используются специализированные самоподъемные установки (суда для установки турбин). По состоянию на 2019 год [Обновить]строятся суда следующего поколения, способные поднимать 3-5 000 тонн на высоту 160 метров (520 футов). [92] Большие компоненты может быть трудно установить, а гироскопы могут повысить точность управления. [93]
Большое количество монопольных фундаментов использовалось в последние годы для экономичного строительства морских ветряных электростанций с фиксированным дном на мелководье. [94] [95] В каждом из них используется один фундамент, как правило, большого диаметра, чтобы выдерживать все нагрузки (вес, ветер и т. Д.) Большой надводной конструкции. Другие типы - треноги (стальные) и гравитационные фундаменты (бетон).
Типичный процесс строительства подводного монопольного фундамента ветряной турбины на песке включает использование сваебойного станка для забивания большой полой стальной сваи на глубину 25 метров (82 фута) в морское дно через 0,5-метровый (20-дюймовый) слой более крупной сваи. камень и гравий, чтобы минимизировать эрозию вокруг сваи. Эти сваи могут достигать четырех метров (13 футов) в диаметре с толщиной стенок приблизительно 50 миллиметров (2,0 дюйма). Переходная деталь (в комплекте с предварительно установленными элементами, такими как устройство для посадки на лодке, катодная защита , кабельные каналы для подводных кабелей, фланец турбинной башни и т. Д.) Прикрепляется к теперь глубоко забитой свае, песок и вода удаляются. от центра сваи и заменен бетоном. Дополнительный слой камня еще большего размера, диаметром до 0,5 м, наносится на поверхность морского дна для долговременной защиты от эрозии. [95]
Для облегчения установки башен и соединения их с морским дном они устанавливаются в двух частях: часть ниже поверхности воды и часть над водой. [90] Две части башни соединены переходной частью, которая заполнена залитым раствором. Заливанное соединение помогает передавать нагрузки, испытываемые турбинной башней, на более устойчивый монопольный фундамент турбины. Один из методов усиления цементного раствора, используемого в соединениях, состоит в том, чтобы включить сварные швы, известные как срезные шпонки, по длине соединения для цементного раствора, чтобы предотвратить скольжение между монопилой и опорой. [96]
Существует несколько различных типов технологий, которые исследуются как жизнеспособные варианты интеграции морской ветровой энергии в наземную сеть. Самый традиционный метод - через линии передачи переменного тока высокого напряжения (HVAC). Линии электропередачи HVAC в настоящее время являются наиболее часто используемой формой подключения к сети для морских ветряных турбин. [97] Однако существуют значительные ограничения, которые мешают практическому использованию HVAC, особенно по мере увеличения расстояния до морских турбин. Во-первых, HVAC ограничивается токами зарядки кабеля, [97]которые являются результатом емкости в кабелях. Подводные кабели переменного тока имеют гораздо более высокую емкость, чем воздушные кабели переменного тока, поэтому потери из-за емкости становятся намного более значительными, а величина напряжения на приемном конце линии передачи может значительно отличаться от величины на генерирующем конце. Чтобы компенсировать эти потери, в систему необходимо добавить дополнительные кабели или компенсацию реактивной мощности. Оба эти фактора увеличивают стоимость системы. [97] Кроме того, поскольку кабели HVAC имеют как активную, так и реактивную мощность, протекающую через них, могут возникнуть дополнительные потери. [98]Из-за этих потерь длина подземных линий HVAC ограничена. Считается, что максимальное подходящее расстояние для передачи ОВКВ для оффшорной ветроэнергетики составляет около 80 километров (50 миль). [97]
Использование кабелей постоянного тока высокого напряжения (HVDC) было предложенной альтернативой использованию кабелей HVAC. Кабели передачи HVDC не подвержены влиянию зарядных токов кабеля и имеют меньшие потери мощности, поскольку HVDC не передает реактивную мощность. [99] С меньшими потерями подводные линии HVDC могут простираться намного дальше, чем HVAC. Это делает HVDC предпочтительным для размещения ветряных турбин очень далеко от берега. Однако для HVDC требуются преобразователи мощности для подключения к сети переменного тока. Обе линии коммутируемого преобразователи (НБП) и преобразователи источника напряжения (VSCs) были рассмотрены для этого. Хотя LCC являются гораздо более распространенной технологией и дешевле, у VSC гораздо больше преимуществ, включая независимое управление активной мощностью и реактивной мощностью. [99]Новое исследование было направлено на разработку гибридных технологий HVDC, в которых LCC соединяется с VSC через кабель постоянного тока. [99]
Для передачи энергии от морских ветряных турбин на береговые электростанции кабели должны быть проложены вдоль дна океана. Кабели должны обеспечивать эффективную передачу большого количества тока, что требует оптимизации материалов, используемых для прокладки кабелей, а также определения кабельных трасс для использования минимального количества материалов кабеля. [90] Одним из способов снижения стоимости кабелей, используемых в этих приложениях, является преобразование медных проводников в алюминиевые, однако предлагаемая замена поднимает проблему повышенного движения кабеля и потенциального повреждения, поскольку алюминий менее плотен, чем медь.
Турбины намного менее доступны в открытом море ( для повседневного доступа требуется вспомогательное судно или вертолет , а для тяжелых работ, таких как замена редуктора , - подъемная установка ), и, следовательно, надежность более важна, чем для береговой турбины. [1] Некоторые ветряные электростанции, расположенные далеко от возможных береговых баз, имеют обслуживающие бригады, проживающие на территории в морских жилых единицах . [100] Чтобы ограничить воздействие коррозии на лопасти ветряной турбины, применяется защитная лента из эластомерных материалов, хотя покрытия для защиты от капельной эрозии обеспечивают лучшую защиту от элементов. [101]
Сервисная организация выполняет техническое обслуживание и ремонт компонентов, расходуя почти все свои ресурсы на турбины. Обычный способ осмотра лопастей заключается в том, что рабочие спускают лопасть вниз, на каждую турбину уходит день. Некоторые фермы проверяют лопасти трех турбин в день, фотографируя их с монополя через 600-миллиметровый объектив , избегая подъема вверх. [102] Другие используют дроны с камерой . [103]
Из-за их удаленности системы прогнозирования и мониторинга состояния морских ветряных турбин станут гораздо более необходимыми. Они позволят лучше планировать своевременное техническое обслуживание, тем самым снижая эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание. Согласно отчету коалиции исследователей из университетов, промышленности и правительства (при поддержке Центра устойчивого будущего Аткинсона ) [61] предоставление полевых данных с этих турбин было бы неоценимым для проверки сложных аналитических кодов, используемых для проектирования турбин. . Снижение этого барьера будет способствовать обучению инженеров, специализирующихся в области ветроэнергетики.
По мере того, как первые морские ветряные электростанции подходят к концу, индустрия сноса строит их для вторичной переработки по цене 2–4 миллиона датских крон (300 000–600 000 долларов США) примерно за МВт, что должно быть гарантировано владельцем. [104] Первой оффшорной ветряной электростанцией, которая была выведена из эксплуатации, была Иттре Стенгрунд в Швеции в ноябре 2015 года, за ней последовали Виндеби в 2017 году и Блит в 2019 году.
Морские ветряные электростанции имеют очень низкий потенциал глобального потепления на единицу произведенной электроэнергии, сравнимый с потенциалом наземных ветряных электростанций. Морские установки также имеют преимущество ограниченного воздействия шума и ландшафта по сравнению с наземными проектами. Кроме того, в нескольких местных случаях есть свидетельства того, что морские ветряные установки способствовали восстановлению поврежденных экосистем, функционируя как искусственные рифы . [105]
Хотя оффшорная ветроэнергетика резко выросла за последние несколько десятилетий, все еще существует большая неопределенность, связанная с тем, как строительство и эксплуатация этих ветряных электростанций влияет на морских животных и морскую среду. [106] Общие экологические проблемы, связанные с развитием морской ветроэнергетики, включают:
Поскольку оффшорная ветроэнергетика является относительно новой отраслью, пока нет ни доказательств долгосрочного воздействия морской ветровой деятельности на окружающую среду, ни каких-либо исследований кумулятивного воздействия на несколько морских видов деятельности в одном и том же районе. [108]
База данных Tethys обеспечивает доступ к научной литературе и общей информации о потенциальном воздействии морской ветровой энергии на окружающую среду. [106]
Ветряная электростанция | Место нахождения | Координаты площадки | Мощность ( МВт ) | Количество турбин | Модель турбин | Ввод даты | Ссылки |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Хорнси 1 | Объединенное Королевство | 53 ° 53'06 "N 1 ° 47'28" E / 53,885 ° N 1,791 ° в.д. / 53,885; 1,791 ( Хорнси 1 ) | 1,218 | 174 | Siemens Gamesa SWT-7.0-154 | 2019 г. | [109] [110] |
Борсселе 1 и 2 | Нидерланды | 752 | 94 | Siemens Gamesa 8 МВт | 2020 г. | [111] [112] | |
Борсселе 3 и 4 | Нидерланды | 731,5 | 77 | MHI Vestas V164 9,5 МВт | 2021 г. | [113] [114] | |
Восточная Англия ONE | Объединенное Королевство | 52 ° 14'53.8573 "N 2 ° 30'23.4094" Е / +52,248293694 ° N 2,506502611 ° в.д. / 52.248293694; 2,506502611 | 714 | 102 | Siemens Gamesa SWT-7.0-154 | 2020 г. | [115] [116] |
Расширение Уолни | Объединенное Королевство | 54 ° 5'17 "N 3 ° 44'17" W / 54,08806 ° N ° 3,73806 Вт / 54.08806; -3,73806 ( Расширение Уолни ) | 659 | 40 + 47 | MHI - Vestas 8,25 МВт Siemens Gamesa 7 МВт | 2018 г. | [117] |
Лондонский массив | Объединенное Королевство | 51 ° 38'38 "N 01 ° 33'13" E / 51,64389 ° N 1,55361 ° в.д. / 51.64389; 1,55361 ( Лондонский массив ) | 630 | 175 | Siemens Gamesa SWT-3.6-120 | 2013 | [118] [119] [120] |
Ветряная ферма Близнецов | Нидерланды | 54 ° 2'10 "N 05 ° 57'47" E / 54,03611 ° N 5,96306 ° в.д. / 54.03611; 5,96306 ( Ветряная ферма Близнецов ) | 600 | 150 | Siemens Gamesa SWT-4.0 | 2017 г. | [121] [122] [123] [124] |
Беатрис | Объединенное Королевство | 58 ° 7'48 "N 3 ° 4'12" W / 58,13000 ° N ° 3,07000 Вт / 58.13000; -3,07000 ( Ветряная ферма Беатрис ) | 588 | 84 | Siemens Gamesa SWT-7.0-154 | 2019 г. | [125] |
Годе Ветер (фазы 1 + 2) | Германия | 54 ° 04'N 7 ° 02'E / 54,067 ° N 7,033 ° в.д. / 54.067; 7,033 (Gode Wind I+II) | 582 | 97 | Siemens Gamesa SWT-6.0-154 | 2017 г. | [126] [127] |
Гвинт-и-Мор | Объединенное Королевство | 53 ° 27'00 "N 03 ° 35'00" W / 53,45000 ° N ° 3,58333 Вт / 53.45000; -3.58333 (Gwynt y Môr) | 576 | 160 | Siemens Gamesa SWT-3.6-107 | 2015 г. | [128] |
Race Bank | Объединенное Королевство | 53 ° 16'N 0 ° 50'E / 53,267 ° N 0,833 ° в.д. / 53.267; 0.833 (Race Bank) | 573 | 91 | Siemens Gamesa SWT-6.0-154 | 2018 г. | [129] [130] |
Большой Габбард | Объединенное Королевство | 51 ° 52'48 "N 1 ° 56'24" E / 51,88000 ° N 1,94000 ° в.д. / 51.88000; 1.94000 (Greater Gabbard wind farm) | 504 | 140 | Siemens Gamesa SWT-3.6-107 | 2012 г. | [131] [132] [133] |
Большинство текущих проектов находятся в водах Европы и Восточной Азии.
Есть также несколько предлагаемых разработок в Северной Америке. Проекты находятся в стадии разработки в Соединенных Штатах в районах Восточного побережья, Великих озер и Тихоокеанского побережья, богатых ветрами. В январе 2012 года был введен нормативный подход «Умный для начала», призванный ускорить процесс выбора площадки при одновременном обеспечении строгой защиты окружающей среды. В частности, Департамент внутренних дел утвердил «зоны ветроэнергетики» у побережья, где проекты могут проходить процедуру утверждения регулирующими органами быстрее. [134] Первая оффшорная ветряная электростанция в США - это 30-мегаваттная ветряная электростанция Block Island с 5 турбинами, которая была введена в эксплуатацию в декабре 2016 года. [135] [136] Многие спортивные рыболовыморские биологи полагают, что базы пяти ветряных турбин мощностью 6 мегаватт у острова Блок действуют как искусственный риф. [137]
Еще одна оффшорная ветряная электростанция, которая находится на стадии планирования, находится у побережья Вирджиния-Бич . 3 августа 2018 года Dominion Energy объявила о своей пилотной программе создания двух ветряных турбин, которые будут расположены в 27 милях от берега Вирджиния-Бич. В районе проводится обследование, которое продлится 4–6 недель. [138]
Канадская ветроэнергетика в провинции Онтарио разрабатывает несколько предлагаемых мест в районе Великих озер , включая подвешенный [139] Trillium Power Wind 1 примерно в 20 км от берега и мощностью более 400 МВт. [140] Среди других канадских проектов - проект на западном побережье Тихого океана. [141]
Индия изучает потенциал морских ветряных электростанций: демонстрационная установка мощностью 100 МВт планируется у побережья Гуджарата (2014 г.). [142] В 2013 году группа организаций под руководством Глобального совета по ветроэнергетике (GWEC) начала проект FOWIND (Содействие развитию морской ветроэнергетики в Индии), чтобы определить потенциальные зоны для развития морской ветроэнергетики в Индии и стимулировать НИОКР. деятельность в этой области. В 2014 году FOWIND поручил Центру исследований науки, технологий и политики (CSTEP) провести предварительное технико-экономическое обоснование в восьми зонах штата Тамил Наду, которые были определены как имеющие потенциал. [143]
Большинство оффшорных ветряных электростанций в настоящее время находятся в Северной Европе. Только на Соединенное Королевство и Германию в 2016 году приходилось примерно две трети от общей мощности оффшорной ветроэнергетики, установленной во всем мире. Другие страны, такие как Китай, быстро наращивают свои мощности оффшорной ветроэнергетики.
Классифицировать | Страна | 2016 [12] | 2017 [12] | 2018 [12] | 2019 [13] | 2020 [144] [14] |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | Объединенное Королевство | 5 156 | 6 651 | 7 963 | 9 723 | 10 428 |
2 | Китай | 1,627 | 2 788 | 4,588 | 6 838 | 9 996 |
3 | Германия | 4,108 | 5 411 | 6,380 | 7 493 | 7 689 |
4 | Нидерланды | 1,118 | 1,118 | 1,118 | 1,118 | 2 611 |
5 | Бельгия | 712 | 877 | 1,186 | 1,556 | 2 261 |
6 | Дания | 1,271 | 1,268 | 1,329 | 1,703 | 1,703 |
7 | Швеция | 202 | 202 | 192 | 191 | 192 |
8 | Южная Корея | 35 год | 38 | 73 | 73 | 136 |
9 | Тайвань | 0 | 8 | 8 | 128 | 128 |
10 | Вьетнам | 99 | 99 | 99 | 99 | 99 |
11 | Япония | 60 | 65 | 65 | 85 | 85 |
12 | Финляндия | 32 | 92 | 87 | 71 | 71 |
13 | Соединенные Штаты | 30 | 30 | 30 | 30 | 42 |
14 | Ирландия | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 |
15 | Португалия | 25 | ||||
16 | Испания | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
17 | Норвегия | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
18 | Франция | 0 | 2 | 2 | 2 | 2 |
Всего в мире | 14 482 | 18 658 | 23 140 | 29 142 | 35 500 |
Викискладе есть медиафайлы по теме оффшорной ветроэнергетики . |
Реальные цены опустились вдвое ниже прогнозов экспертов.
|journal=
( помощь )