Konkurencyjne pływające morskie elektrownie wiatrowe na horyzoncie
Wiatr jest drugim pod względem wydajności odnawialnym źródłem energii elektrycznej(odnośnik otworzy się w nowym oknie) na świecie, ustępującym jedynie elektrowniom wodnym. Jego potencjał przewyższa wszystkie pozostałe źródła energii razem wzięte. W 2019 roku morskie elektrownie wiatrowe odpowiadały za mniej niż 1 %(odnośnik otworzy się w nowym oknie) wyprodukowanej na świecie energii, jednak ta gałąź energetyki wciąż ma szanse odegrać wyjątkowo ważną rolę w transformacji energetycznej. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu COREWIND(odnośnik otworzy się w nowym oknie) miał na celu obniżenie kosztów tej technologii, co stanowi klucz do wykorzystania jej potencjału. Co więcej, oszczędności dotyczyły każdego etapu cyklu życia(odnośnik otworzy się w nowym oknie) – było to możliwe dzięki optymalizacji układu elektrowni wiatrowych, konstrukcji podzespołów, usprawnienia montażu, a także zmian na etapach eksploatacji i konserwacji.
Pływające morskie elektrownie wiatrowe i siły natury
Pierwsza na świecie stała morska elektrownia wiatrowa została uruchomiona w 1991 roku. Niecałe trzydzieści lat później, w 2017 roku, został oddany do użytku jej pierwszy na świecie pływający odpowiednik. Pływające turbiny wiatrowe charakteryzują się większymi rozmiarami od swoich stacjonarnych i lądowych odpowiedników – zdaniem niektórych ekspertów, do 2035 roku niektóre z nich będą w stanie konkurować na wysokość(odnośnik otworzy się w nowym oknie) łopat turbiny z wieżą Eiffla. Co więcej, ich możliwości w zakresie wytwarzania energii elektrycznej przewyższają najwydajniejsze elektrownie gazowe i niektóre elektrownie węglowe. Problemem pozostaje jednak utrzymywanie turbin w jednym miejscu w sytuacji, gdy wiatr wieje z potężną siłą, morze jest wzburzone, a w dodatku do głosu dochodzą prądy morskie.
Optymalizacja systemów kotwiczenia, budowy, obsługi i konserwacji
Pływające turbiny wiatrowe są cumowane przy pomocy lin cumowniczych przymocowanych do kotwic. Te rozwiązania, których zadaniem jest zapewnianie, by turbina znajdowała się we względnie stałej pozycji w określonym promieniu, mają także dodatkową funkcję – chronią dynamiczne kable przesyłowe, które pozwalają na przekazywanie wytworzonej energii. Jak uważa Jose Luis Domínguez-García, przedstawiciel Katalońskiego Instytutu Badań nad Energią(odnośnik otworzy się w nowym oknie), jednostki koordynującej projekt: „Zespołowi projektu COREWIND udało się opracować nowatorskie koncepcje pozwalające na obniżenie kosztów, w tym wspólne linie kotwiczne i cumownicze(odnośnik otworzy się w nowym oknie) dzielone przez wiele turbin. W najlepszych przypadkach takie rozwiązanie może obniżyć związane z tym koszty o połowę”. Zespół zoptymalizował również dwie pływające konstrukcje – pływający betonowy fundament (pojedynczy pionowy cylinder wypornościowy o dużej średnicy z balastem na dolnym końcu) oraz fundament półzanurzalny, złożony z mniejszych kolumn i pontonów. Jak dodaje Domínguez-García, badacze opracowali także „zaawansowane kontrolery dla pływających elektrowni wiatrowych, które odegrały kluczową rolę w zmniejszeniu kosztów operacyjnych”. Zoptymalizowane strategie transportu i instalacji oraz procedury obsługi i konserwacji przyczyniły się do dalszego obniżenia kosztów.
Narzędzia cyfrowe optymalizują cykl życia i obniżają koszty
W ramach prac naukowcy opracowali nowatorskie narzędzia cyfrowe wspomagające optymalizację projektów systemów kotwiczenia, jak i dynamicznych kabli, umożliwiając dalszą redukcję kosztów wynikających przede wszystkim z przewymiarowania. Wśród nich najważniejsze to cyfrowy bliźniak oraz model informacji o konstrukcji. Kolejne narzędzie opracowane przez zespół umożliwia użytkownikom optymalizację lokalizacji wielu turbin wiatrowych w stosunku do sąsiednich konstrukcji, co prowadzi do oszczędności kosztów na poziomie około 5 %. „Badacze projektu COREWIND opracowali także aplikację FowApp(odnośnik otworzy się w nowym oknie) pozwalającą na szacowanie wyrównanego kosztu energii elektrycznej (LCOE) oraz dokonywanie ocen cyklu życia (LCA). W ramach prac udało się zrealizować rozwiązania pozwalające na zmniejszenie kosztów o ponad 15 %, co przekłada się na wyrównany koszt energii elektrycznej na poziomie poniżej 100 euro za megawatogodzinę (MWh) – wszystko to dzięki przełomowym innowacjom w zakresie pływających morskich turbin wiatrowych. W niektórych przypadkach wprowadzenie optymalizacji opracowanych przez zespół projektu COREWIND pozwoliło na osiągnięcie wskaźnika LCOE na poziomie 70 euro/MWh. Co więcej, przeprowadzone analizy cyklu życia wykazały znaczące ograniczenie wpływu na środowisko”, dodaje Domínguez-García. Zdaniem ekspertów, morskie elektrownie wiatrowe są w stanie wygenerować przeszło 18-krotność dzisiejszego światowego zapotrzebowania na energię elektryczną. Zespół projektu COREWIND opracował narzędzia i technologie, aby pomóc interesariuszom wykorzystać ten niesamowity potencjał i przyspieszyć naszą transformację energetyczną.
Słowa kluczowe
COREWIND, morska elektrownia wiatrowa, turbina, pływająca morska elektrownia wiatrowa, energetyka wiatrowa, elektrownia wiatrowa, kotwica, kable dynamiczne, cumowanie, mikrositing
