Оффшорные (за пределами берега) ветряные электростанции

11 декабря 2011 г.

Оффшорные ветряные электростанции

При выборе месторасположения ветряной электростанции главным критерием является среднегодовая скорость ветра. Чем выше этот показатель, тем эффективнее будет работать ветроэлектрическая установка, и тем самым стабильнее будет передача электроэнергии потребителю. Именно поэтому к оффшорным ветряным электростанциям прикован наибольший интерес.

Среди отраслей возобновляемой энергетики по установленной мощности ветроэнергетика развивается особенно быстро. Сейчас уже построены огромные наземные ветропарки. Одним из них является Roscoe Wind Farm с 627-и установками горизонтально-осевого типа, и расположенном на площади в 400 квадратных км.

Однако, территория, где дуют сильные и стабильные ветра, на суше не безгранична. Особенно в густонаселенной Европе. Конечно, можно построить ветропарки на суше и за пределами Европы, но тогда транспортировка электроэнергии обходилась бы настолько дорого, что строить ветропарки просто не имело бы смысла. Но выход был найден – это территория на море вдоль побережья.

В некоторых местах глубина достигает нескольких десятков метров, и при этом территория ничем не занята. Кроме этого, в море среднегодовая скорость ветра выше, чем на суше, что позволит вырабатывать больше электроэнергии. Например, в Северном море средняя глубина составляет 96 м при площади в 544 тыс. кв.км. Поэтому неудевительно, что на нем расположено больше всего оффшорных ветропарков.

Еще одним преимуществом может послужить тот факт, что оффшорную ВЭС можно расположить в море вблизи крупного промышленного центра, снизив тем самым стоимость передачи электроэнергии по сетям. При этом на удалении 10-12 км от берега, оффшорная ВЭС не будет портить морские пейзажи.

В море среднегодовая скорость ветра выше, чем на суше, это позволит вырабатывать больше электроэнергии

Но несмотря на преимущества у оффшорной ветроэнергетики есть огромный минус – строительство оффшорных ветропарков обходится дороже, чем наземных, поэтому окупается оно лишь в том случае, если ветропарк вырабатывает достаточное количество энергии. Например, установка фундамента для наземной ВЭУ обходится в несколько раз дешевле, чем для оффшорной ВЭУ. В связи с этим, по данным REN21, стоимость одного кВт-часа для ВЭС мощностью выше 1,5 МВт наземного размещения равно 5-9 центов США, а для морского размещения 10-14 центов США. Для сравнения стоимость одного кВт-часа для гидроэлектростанций с установленной мощностью свыше 10 МВт составляет 2-5 центов США.

Специалисты предлагают снизить себестоимость произведенной энергии за счет увеличения размеров ветроустановок. Но здесь тоже возникают множество вопросов, связанных с прочностью. Например, длина лопастей некоторых моделей превышает 45 метров, и при дальнейшем увеличении этого показателя, повышаются требования к их прочностным характеристикам.

Также эксплуатация и техническое обслуживание оффшорных ветряных электростанций является более трудным и дорогостоящим, чем наземных ветряных электростанций. Морские условия усложняют монтаж, пуско-наладочные работы, обслуживания и ремонт, что делает это основной проблемой. В зимних условиях, ветряные электростанции могут быть недоступны для обслуживания в течение нескольких дней при штормовых условиях и плохой видимости. Кроме этого существует еще ряд вопросов, которые необходимо решить при установке оффшорных ВЭС. Это и вопрос, связанный с помехой для транспортного судоходства и рыболовства, и вопрос с экологией, и т.д.

Но, тем не менее, развитие этой отрасли продолжается, и предлагаются все новые и новые решения оффшорных ветроустановок.

Пионером в области оффшорной ветроэнергетики является Дания. Именно в этой стране в 1991 году была установлена первая в мире оффшорная ветроэлектростанция (ВЭС) Vindeby (еще известна как Ravnosbogr) мощностью 5 МВт, состоящая из 11 ветротурбин компании Siemens мощностью 0,45 МВт каждая.

По состоянию конец 2010 года суммарная мощность всех установленных и запущенных в эксплуатацию оффшорных ветроустановок составляла 3,16 ГВт. Большая часть оффшорных ветроустановок находится в Северной Европе. Согласно исследованиям BTM Consult к 2014 году суммарная мощность оффшрных ветроустановок превысит 16 ГВт. Значительный вклад в это внесут строящиеся оффшорные ветропарки в Великобритании и Германии.

Например в Великобритании за 2010 год было построено четыре оффшорных ветроэлектростанций с наименьшей установленной мощностью 64,8 МВт и с наибольшей 300 МВт (Thanet Offshore Power Station).

Принцип работы оффшорного ветропарка кардинально ничем не отличается от наземного. Разница лишь в условиях эксплуатации. Оффшорные ветротурбины должны иметь повышенную защиту от агрессивной среды – т.е. от соленой воды, что влияет на требование к некоторым материалам.

1 - фундамент, 2 - лопасти, 3 - (мультипликатор) генератор в гондоле, 4 - подводный кабель, 5 - оффшорный трансформатор, 6 - подстанция на берегу

Ветротурбина устанавливается на фундамент (1). Набегающий ветряной поток под действием аэродинамических сил вращает лопасти (2), которые механически связаны коробкой передач (мультипликатор) и генератором, расположенными в гондоле (3). Генератор вырабатывает электроэнергию, передающуюся по подводным кабелям сначала на оффшорный трансформатор (5), а затем на подстанцию (6), расположенную на берегу.

В зависимости от типа поверхности дна и глубины существует несколько разновидностей фундаментов.

Разновидности фундаментов

Наиболее распространенными моделями ветроустанок в 2010 году были ВЭУ производства немецкого концерна Siemens и датского концерна Vestas, которые составляли 91,8% от всей установленной мощности оффорных ветропарков – 3160 МВт. При строительстве оффшорных ВЭУ производства Vestas наибольшей популярностью пользовались модели Vestas V-80 (мощность 2 МВт) и Vestas V-90 (3 МВт), а производимые Siemens модели – Siemens 2,3-93 и Siemens 3,6-107.

Для постройки фундамента под ВЭУ было специально разработано и построено судно TIV Resolution. Это судно оснащено 6-ю опорами, которые опускаясь на дно, стабилизируют судно, тем самым обеспечивают стабильную платформу для установки турбин на заранее подготовленное место. Как только турбины установлены, Resolution опускается обратно в воду и передвигается на другую локацию, где процесс повторяется.

Специальное судно TIV Resolution

TIV Resolution во время установки опоры

Сейчас оффшорная ветроэнергетика продолжает развиваться. Уже сегодня есть разработки плавучих ВЭУ, не требующих установки фундамента. Все чаще предлагаются даже в чем-то футуристические разработки. И не смотря на некоторую дороговизну «оффшорной» электроэнергии, перспективы в данном сегменте огромные.