Konkurencyjne pływające morskie elektrownie wiatrowe na horyzoncie
Wiatr jest drugim pod względem wydajności odnawialnym źródłem energii elektrycznej 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 % 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 miał na celu obniżenie kosztów tej technologii, co stanowi klucz do wykorzystania jej potencjału. Co więcej, oszczędności dotyczyły każdego etapu cyklu życia – 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 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, jednostki koordynującej projekt: „Zespołowi projektu COREWIND udało się opracować nowatorskie koncepcje pozwalające na obniżenie kosztów, w tym wspólne linie kotwiczne i cumownicze 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 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
