Морская ветроэнергетика

редактировать

Использование ветряных турбин, построенных в морских водоемах, для сбора энергии ветра для производства электроэнергии Ветровые турбины и электрическая подстанция из Морская ветряная электростанция Alpha Ventus в Северном море

Морская ветровая энергия или морская ветровая энергия - это использование ветряные электростанции, построенные в водоемах, обычно в океане, для сбора энергии ветра для выработки электроэнергии. На суше скорость ветра выше, чем на суше, поэтому выработка электроэнергии на ветроэнергетических установках выше на количестве мощностей, и NIMBY возражение против строительства намного обычно слабее.

В отличие от типичного использования терминала «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 ветряные турбины с неподвижным фундаментом на относительно мелководье. По состоянию на 2020 год плавающие ветряные турбины для более глубоких вод находятся на ранней стадии разработки и внедрения.

По состоянию на конец 2018 года общая мировая мощность морской ветроэнергетики составляющая 23,1 гигаватт (ГВт). Все крупнейшие оффшорные ветряные электростанции в настоящее время находятся в Северной Европе, особенно в Великобритании и Германии, на которые в совокупности приходится более двух третей всей установленной во всем мире морской ветровой энергии. По состоянию на 2020 год 1,2 ГВт Hornsea Project One в Соединенном Королевстве является крупнейшей оффшорной ветроэлектростанцией в мире. Другие проекты находятся на стадии планирования, в том числе Dogger Bank в Соединенном Королевстве на 4,8 ГВт и Большой Чанхуа на Тайване на 2,4 ГВт.

Стоимость офшоров Исторически ветроэнергетика была выше, чем у наземной ветровой генерации, но затраты быстро снизились в последние годы до 78 долларов за МВтч в 2019 году. Морская ветроэнергетика в Европе с 2017 года конкурентоспособной по цене по сравнению с традиционными источниками энергии. более 30 процентов в год в 2010-е годы. По состоянию на 2020 год оффшорная ветроэнергетика стала частью производства электроэнергии в Северной Европе, хотя она оставалась менее 1 процента от общего производства электроэнергии.

Содержание

  • 1 История
    • 1.1 Мощность
    • 1.2 Затраты
  • 2 Дальнейшее развитие
  • 3 Экономика
    • 3.1 Инвестиционные затраты
    • 3.2 Эксплуатационные расходы
    • 3.3 Стоимость энергии
  • 4 Морские ветровые ресурсы
  • 5 Планирование и получение разрешений
  • 6 Правовая база
  • 7 Типы морских ветряных турбин
    • 7.1 Морские ветровые турбины с фиксированным фундаментом
    • 7.2 Плавучие морские ветряные турбины
    • 7.3 Морские ветровые турбины с вертикальной осью
  • 8 Рекомендации по материалам конструкции турбины
  • 9 Установка
  • 10 Подключение к сети
  • 11 Техническое обслуживание
  • 12 Вывод из эксплуатации
  • 13 Воздействие на среду
  • 14 Крупнейшие морские ветряные электростанции
    • 14.1 Проекты
  • 15 Морская ветроэнергетика по странам
  • 16 См. Также
  • 17 Список литературы

История

5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 30,000 1998 2002 2006 2010 2014 2019 Глобальные совокупные морские мощности (MW ).. Источники: GWEC (2011–2019) и EWEA (1998–2010)

Мощность

Иллюстрация гипотетической оффшорной ветровой электростанции в 1977 году.

Европа является лидером области оффшорной ветроэнергетики, первая оффшорная ветряная электростанция (Vindeby ) установлена ​​в Дании в В 2009 году средняя паспортная мощность морской ветряной турбины в Европе составляла около 3 МВт, и ожидалось, что мощность будущего турбин увеличится до 5 МВт.

Всесторонний обзор 2013 года инженерные аспекты турбин, такие как размеры, используемые на суше, электрические соединения и преобразователи, посчитали, что промышленность в целом была слишком оптимистична в отношении соотношения выгод и затрат, и пришли к выводу, что «рынок морской ветроэнергетики не выглядит так, как будто он будет большим». В 2013 году морская ветроэнергетика обеспечила 1567 МВт из общих 11 159 МВт ветроэнергетических мощностей, построенных в этом году.

К январю 2014 года в Европе было построено 69 морских ветряных электростанций со средней годовой номинальной мощностью 482 МВт. Общая установленная мощность морских ветряных электростанций в европейских водах достигла 6 562 МВт. Соединенное Королевство имеет самую большую мощность - 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).

По состоянию на конец 2015 года были подключены 3230 турбин на 84 морских ветряных электростанциях в 11 общих странах, в результате чего мощность составила 11 027 МВт.

За пределами Европы. Китайское правительство поставило амбициозные цели: установить 5 ГВт мощностей оффшорной ветроэнергетики к 2015 году и 30 ГВт к 2020 году, что значительно превзойдет мощность других стран. Однако в мае 2014 года мощность оффшорной ветроэнергетики в Китае составляла всего 565 МВт. Мощность морских ветроэнергетических установок в Китае увеличилась на 832 МВт в 2016 году, из которых 636 МВт были произведены в Китае.

Рынок морского ветроэнергетического строительства остается достаточно концентрированным. К концу 2015 года Siemens Wind Power установила 63% мировых мощностей морских ветроэнергетических установок мощностью 11 ГВт; Вестас имел 19%, Сенвион занял третье место с 8% и Адвен 6%. Около 12 ГВт оффшорных ветроэнергетических мощностей было задействовано в основном в Северной Европе, из них 3755 МВт были введены в эксплуатацию в течение 2015 года. По состоянию на 2020 год 90% оффшорного мирового рынка было представлено европейскими компаниями.

К 2017 году, установленная мощность морской ветроэнергетики по всему миру составила 20 ГВт. В 2018 году морская ветроэнергетика обеспечла всего 0,3% мирового электроснабжения. Тем не менее, только в 2018 году в мировом масштабе было задействовано менее 4,3 ГВт морских ветроэнергетических мощностей. В Дании 50% электроэнергии было произведено за счет энергии ветра в 2018 году, из которых 15% приходилось на оффшор.

Затраты

В 2010 году Агентство энергетической информации США заявило, что «морская ветроэнергетика - самая дорогая технология производства энергии, рассматриваемая для широкомасштабного внедрения». В том году Siemens и Vestas были поставщиками турбин для 90% морского транспорта значительно более серьезные, чем для наземных систем, с ценами в диапазоне 2,5–3,0 млн евро / МВт. ветроэнергетики, в то время как Orsted A / S (тогда назывался DONG Energy), Vattenfall и E.on были ведущими оффшорными операторами.

В 2011 году, хотя морские ветряные турбины еще не были конкурентоспособны с ископаемым топливом, они станут такими через 15 лет. Дании, Финляндии, Германии, Ирландии, Нидерландов, Норвегии, Швеции ции и Великобритании было 53 морских ветровых электростанции с рабочей мощностью 3813 МВт, в то время как 5603 МВт находились строительство. В 2011 году в европейских водах строились морские ветряные электростанции стоимостью 8,5 млрд евро (11,4 млрд долларов).

В 2012 году Bloomberg подсчитал, что энергия от морских ветряных турбин стоит 161 евро (208 долларов США). на МВтч.

Стоимость морской ветроэнергетики снижается намного быстрее, чем ожидалось. К 2016 году четыре контракта ниже (Borssele и Kriegers ) уже были самой низкой из прогнозируемых цен на 2050 год.

Будущее развитие

Прогнозы на 2020 год оценивают мощность морской ветряной электростанции в 40 ГВт в европейской водех, что обеспечит 4% потребности Европейского Союза в электроэнергии. Европейская ассоциация ветроэнергетики поставила цель установить 40 ГВт к 2020 году и 150 ГВт к 2030 году. Ожидается, что к 2020 году мощность морской ветроэнергетики достигнет в общей сложности 75 ГВт во всем мире при значительном вкладе Китая и США.

Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) в 2016 году прогнозировала, что к 2030 году оффшорная ветроэнергетика вырастет до 8% мировой экономики и что ее промышленность будет нанять 435 000 человек, что добавит стоимости 230 миллиардов долларов.

Европейская комиссия ожидает, что оффшорная ветровая энергия будет приобретать все большее значение в будущем, поскольку оффшорная ветровая энергия является частью ее Зеленая сделка. Полное раскрытие морской ветроэнергетики в Европе является одним из ключевых шагов в разделе «Чистая энергия» Зеленой сделки.

Ожидается, что к 2050 году установленная мощность морской ветровой энергии достигнет 1550 ГВт. в мировом масштабе. По сравнению с мощностью 2017 года, что соответствует 80-кратному увеличению.

Одним из достижений, характеризующихся текущим развитием в морской отрасли, являются технологии, которые позволяют реализовывать проекты морской ветроэнергетики дальше от берега, где ветроэнергетика ограничена. выше. В частности, внедрение технологий плавучих фундаментов оказалось многообещающей технологией для раскрытия ветрового потенциала на более глубоких водах.

Экономика

Сравнение нормированной стоимости электроэнергии на месторождениях. энергия ветра по с другими источниками в Германии в 2018 г.

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 установлены близко к центрам нагрузки на побережье, например, в крупных городах, что устраняет необходимость в новых линиях передачи на большие расстояния. 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 значительно усложняет каждый аспект установки и эксплуатации. сложнее, труднее, опаснее и дороже, чем участки на суше. Влажность и температура контролируются кондиционером герметичной гондолы. Устойчивая работа и генерация на высоких скоростях также увеличивают требования к износу, техническому обслуживанию и ремонту.

Стоимость турбины составляет одну трети до половины общих затрат на сегодняшние морские проекты, остальную часть инфраструктуры инфраструктуры, техническое обслуживание и надзор. Затраты на фундамент, установку, электрические соединения, эксплуатацию и техническое обслуживание (OM) составляют большую часть от общей суммы для морских установок по сравнению с береговыми ветряными электростанциями. Стоимость установки и электрического подключения также быстро возрастает с помощью электрического устройства.

Другие ограничения морской ветровой энергии связаны с ограниченными установками. Оффшорная ветроэнергетика еще не индустриализирована, поскольку по состоянию на 2017 год все еще существуют узкие места в поставках.

Инвестиционные затраты

Морские ветряные электростанции, как правило, имеют большие турбины по сравнению с наземными установками, тенденция ведет к постоянному увеличению размера. Как правило, экономика морских ветряных электростанций отдает предпочтение более крупным турбинам, поскольку на установку и подключение к сети снижаются на единицу произведенной энергии. Более того, у морских ветряных электростанций нет таких же ограничений по размеру, как у береговых ветряных турбин, таких как земли или потребности в транспорте.

Эксплуатационные расходы

Эксплуатационные расходы ветряных электростанций разделяются между Техническим обслуживанием (38%), Портовая деятельность (31%), Эксплуатация (15%), Лицензионные сборы (12%) и Прочие расходы ( 4%).

Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание обычно составляют 53% эксплуатационных расходов, и 25% - 30% общего затратного жизненного цикла для морских ветряных электростанций. Операции по эксплуатации и техническому обслуживанию считаются одним из основных препятствий для 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 автомобиля и просто пройти к турбинной башне и войти в нее, чтобы получить доступ ко всей установке за считанные минуты. получение на место. Аналогичный доступ к конструкции турбины включает в себя поездку на причал или пирс, загрузку необходимых инструментов и материалов в лодку, поездку на ветряной турбине (ам), крепление лодки к конструкции турбины, передачу инструментов и материалов с лодки на турбину и турбину к лодке и выполнить остальные действия в обратном порядке. Помимо стандартного защитного снаряжения, такие как каска, перчатки и защитные очки, от морского турбинатора могут потребоваться ношение спасательного жилета, водонепроницаемой или водонепроницаемой одежды, возможно, даже спасательного костюма, если работа, морские и атмосферные условия быстро ускоряются. спасение в случае падения в воду маловероятно или невозможно. 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 оборудования, обладают квалификацией и обучением работе с большими моторными лодками в море.

Стоимость энергии

Стоимость морских турбин упала на 30% до 78 долларов США за МВтч в 2019 году, что является более быстрым падением, чем другие виды возобновляемой энергии. Было высказано предположение, что масштабные инновации могут обеспечить к 2020 году сокращение затрат на морскую ветроэнергетику на 25%. Рынок ветроэнергетики играет важную роль в достижении цели в области возобновляемых источников энергии в большинстве стран мира.

Аукционы в 2016 году для будущих проектов достигли стоимости 54,5 евро за мегаватт-час (МВтч) на 700 MW Borssele 3 4 из-за государственного тендера и размера, и евро 49,90 за МВтч (без передачи) на 600 МВт Kriegers Flak.

в сентябре 2017 года в Соединенном Королевстве были заключены контракты на страйковую цену в размере 57,50 фунтов стерлингов за МВтч. что делает цену дешевле ядерной и конкурентоспособной с газом.

В сентябре 2018 года были присуждены контракты с Vineyard Wind, Массачусетс, США, по цене от 65 74 долларов за МВтч.

Морские ветровые ресурсы

Карта глобальной скорости ветра в прибрежной зоне (Global Wind Atlas 3.0)

Ресурсы ветра в море по своей природе огромны по размеру и сильно рассредоточены, учитывая соотношение покрываемой площади поверхности планеты. океанами и морями по сравнению с сушей. 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, что показано глобальными картами скорости ветра. которые охватывают как береговые, так и морские территории с использованием одинаковых исходных данных и методологии. Для Северного моря энергия ветряных турбин составляет около 30 кВтч / м морской площади в год, передаваемых в сеть. Энергия, приходящаяся на морскую площадь, примерно не зависит от размера турбины.

Технический эксплуатационный ресурсный потенциал морского ветра - это фактор средней скорости ветра и глубины воды, поскольку вырабатывать электроэнергию можно только из морских ветровых ресурсов. где можно закрепить турбины. В настоящее время морские ветряные турбины с фиксированным фундаментом могут быть установлены на глубине до 50 метров (160 футов). Кроме того, потребуются турбины с плавающим фундаментом, что позволит установить на расстояние до одного километра (3300 футов) на основе предлагаемых в настоящее время технологий. Основываясь на анализе приемлемой глубины воды и скорости ветра более семи метров в секунду (23 фута / с), было подсчитано, что технический потенциал морских ветроэнергетических установок составляет более 17 тераватт (ТВт). Изучено 50 стран, не считая большинства стран ОЭСР, таких как Австралия, Япония, США или Западная Европа. У богатых стран, таких как Аргентина и Китай, есть почти 2TW и 3TW потенциала соответственно, что свидетельствует об огромном потенциале морского ветра в таких местах.

Планирование и получение разрешений

Необходим ряд вещей для получения необходимой информации для планирования ввода в эксплуатацию морской ветряной электростанции. Первая необходимая информация - это характеристики ветра на море. Дополнительные необходимые данные для планирования включают глубину воды, течения, морское дно, миграцию и волновое воздействие, все из которых 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 определение дальности (LIDAR ), звуковое обнаружение и определение дальности (SODAR ), радар, автономные подводные аппараты (AUV) и дистанционное спутниковое зондирование, хотя эти технологии должны быть оценены и усовершенствованы, согласно отчету коалиции исследователей из университетов, промышленности и правительства при поддержке Центра Аткинсона Устойчивое будущее.

Из-за множества факторов, одна из самых больших трудностей для морских ветряных электростанций - это способность прогнозировать нагрузки. При анализе необходимо учитывать динамическую связь между поступательными (волнами, раскачиванием и вертикальной вертикалью) и вращательными (крен, тангаж и рыскание ) движениями платформы и движением турбины, а также динамическую характеристику швартовных тросов для плавучести. системы. Фундаменты и подконструкции составляют значительную часть морских ветровых систем и должны учитывать каждый из этих факторов. Передача нагрузки в растворе между башней и фундаментом может привести к напряжению раствора, и эластомерные опоры используются в нескольких британских морских турбинах.

Коррозия также является серьезной проблемой и требует детального проектирования. Перспектива дистанционного мониторинга коррозии выглядит очень многообещающей с использованием опыта, используемого в морской нефтегазовой отрасли и других крупных промышленных предприятиях.

Некоторые из руководящих указаний по проектированию морских ветряных электростанций - это IEC 61400 -3, но в США необходимы несколько других стандартов. В ЕС различные национальные стандарты необходимо преобразовать в более согласованные руководящие принципы для снижения затрат. Стандарты требуют, чтобы анализ нагрузок основывался на конкретных внешних условиях, таких как ветер, волна и течения.

Этапплан и выдачи разрешений может стоить более 10 миллионов долларов, длиться 5-7 лет и иметь неопределенный результат. Промышленность требует от правительств улучшения процессов. В Дании многие из этих этапов были намеренно упорядочены властями, чтобы минимизировать препятствия, и эта политика распространена на прибрежные ветряные электростанции с концепцией под названием «единое окно». Аналогичную модель под названием «Умный с самого начала» в 2012 году.

В Европейский союз пересмотренная Директива по возобновляемому источнику энергии от 2018 года упростила процесс выдачи разрешений для инициирования ветряных проектов.

Правовая база

Установка и эксплуатация морских ветряных турбин регулируются как национальным, так и международным законодательством. Соответствующая международно-правовая база - это ЮНКЛОС (Конвенция Организации Объединенных Наций по морскому праву), которая регулирует права и обязанности государств в использовании Мирового океана. Морская зона, в которой установлены оффшорные ветряные турбины, определяют, какие нормативные правила применяются.

В территориальных водах (до 12 морских миль от исходной линии побережья) прибрежное государство имеет полный суверенитет и, следовательно, регулирование оффшорных ветряных турбин полностью находятся под национальной юрисдикцией.

исключительная экономическая зона (до 200 морских районов от данной линии) не является частью государства, но находится под исключительной юрисдикцией и контролем прибрежного государства для избранных, одной из представляет собой производство энергии ветром. Это означает, что в пределах этой зоны безопасности государство имеет право размещать и эксплуатировать оффшорные ветряные электростанции и устанавливать вокруг них зоны безопасности, которые должны соблюдаться всеми судами, при условии, что об установке было сделано надлежащее уведомление. Кроме того, ни зоны безопасности не должны пересекаться с морскими путями, которые считаются важными для международного судоходства.

За пределами исключительных экономических зон открытое море или международные воды. В этой зоне цели производства энергии прямо не упоминается свобода в открытом море, 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. В качестве решений было предложено, чтобы морские ветровые установки могли быть включены в качестве свободы открытого моря, считаясь судами или искусственными островами, установками и сооружениями.

С 2020 года энергетика добыча за счет ветров в открытом море еще технически невозможна из-за осложнений, связанных с более глубокой водой. Однако передовая технология плавучих ветряных турбин является шагом к реализации проектов глубоководного ветра.

Типы морских ветряных турбин

Прогресс ожидаемого развития ветряных турбин на более глубокие воды Предполагаемый потенциал стационарных и плавучих оффшорных ветроэнергетических установок во Вьетнаме с точки зрения установленной мощности в мегаваттах (МВт) в пределах 200 километров. от береговой линии Фундамент штатива для морских ветряных электростанций в 2008 г. в Вильгельмсхафене,

Как правило, морские ветряные турбины с фиксированным фундаментом Германии технически целесообразными в районах с глубиной воды менее 50 метров (160 футов) и средней скоростью ветра более 7 метров в секунду (23 фута / с). Плавучие морские ветряные турбины считаются технически жизнеспособными при глубине воды от 50 до 1000 метров (от 160 до 3280 футов). На отображаемую карту Вьетнам обеспечивает возможность использования технических средств как для стационарных, так и для морских ветряных турбин с фиксированным фундаментом в зависимости от глубины воды.

Морские ветряные турбины с фиксированным фундаментом

Почти все действующие в настоящее время морские ветряные электростанции используют турбины с фиксированным 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).

Типы подводных конструкций включают монопольные, тренога и оболочка, различные основания на морском дне, включая монопольные или множественные сваи, гравитационное основание и кессоны. Морские турбины требуют различных типов оснований для устойчивости в зависимости от глубокой воды. На сегодняшний день существует ряд различных решений:

  • Большинство фундаментов представляет собой моноколонное (одноколонное) основание, шесть метров (20 футов) в диаметре, используется в водех глубиной до 30 метров (100 футов).
  • Обычные конструкции стальных кожухов, используемые в нефтегазовой промышленности, в глубиной 20–80 метров (70–260 футов).
  • Несущие конструкции гравита типа для использования на открытых участках в воде на глубине 20–80 м
  • Треножные конструкции на сваях, в воде глубиной 20–80 м.
  • Треножные всасывающие кессонные конструкции, в воде глубиной 20–80 м.

Монопоры до 11 метров (36 футов) диаметром 2 000 тонн, но самые большие на данный момент составляют 1300 тонн, что ниже предела в 1500 тонн для некоторых крановых судов. Другие компоненты турбины намного меньше по размеру.

свая-тренога - 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, которое выполняется путем установки трех моноблоков с последующим добавлением верхнего стыка. Более крупное основание также снижает риск опрокидывания.

Конструкция стальной оболочки является результатом адаптации к морскому ветроэнергетике концепций, которые использовались в нефтегазовой отрасли на протяжении десятилетий. Их главное преимущество - возможность достичь больших глубин (до 80 м). Их основные ограничения связаны с высокими затратами на строительство и установку.

Плавучие морские ветряные турбины

Blue H Technologies - первая в мире плавающая ветровая турбина

Для мест с глубиной более 60–80 м, фиксированные фундаменты неэкономичны или технически невыполнимы, необходимы плавающие ветряные турбины, закрепленные на дне океана. Blue H Technologies, которую в итоге приобрела Seawind Ocean Technology, установила первую в мире плавучую ветряную турбину в 2007 году. Hywind - первая в мире полномасштабная плавучая ветряная турбина, установленная в Северном море off Норвегия в 2009 году. Hywind Scotland, введенный в эксплуатацию в октябре 2017 года, является первой действующей плавучей ветроэлектростанцией мощностью 30 МВт. Есть развернутые и другие виды плавучих турбин, и планируются новые проекты.

Морские ветряные турбины с вертикальной осью

Хотя подавляющее большинство наземных и всех крупных крупных морскихряных турбин, гор в настоящее время имеют горизонтальную ось, вертикальную ось ветряных турбин были предложены для использования на 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 масштаба оффшорных ветряных электростанций. Однако в настоящее время масштабных демонстраций этой технологии нет.

Соображения по материалам конструкции турбины

морские ветряные турбины, расположенные в океанах и больших озерах, используемых для турбин, используются для наземных ветряных турбин, и оптимизированы для коррозионной стойкость к соленой воде и новые нагрузки, испытываемые при частичном погружении башни в воду. Между одной из основных частей ветряной турбины из-за разницы в скорости ветра, является одна из основных положений морской ветроэнергетики. Следует учитывать ударные нагрузки, которые испытывают волны вокруг основания башни, сводится к использованию стальных трубчатых опор для морских ветроэнергетических установок.

Используемая сталь, используемая для использования в условиях коррозионной стойкости, особенно у основания башни в «зоне брызг» для волн, разбивающихся о башню и моноблок. Два метода, которые могут быть использованы, включают использование катодной защиты и использование покрытий для уменьшения коррозионной точечной коррозии, которая является обычным средством водородного растрескивания под напряжением. Для катодной защиты гальванизированные аноды прикреплены к моноблоку и имеют достаточную разность потенциалов со сталью, чтобы корродировать используемую по сравнению со сталью, используемую в моноблоке. Некоторые, которые были нанесены на морские ветряные турбины, включают горячее цинкование и 2-3 эпоксидных покрытия с полиуретановым верхним покрытием.

Монтаж

Несколько фундаментных конструкций для морских ветряных турбин в порту

Специализированный Самоподъемные установки (суда для установки турбин) используются для установки фундамента и турбины. По состоянию на 2019 год строятся суда следующего поколения, способные поднимать 3-5 000 тонн на высоту 160 метров (520 футов). Установка крупных компонентов может быть затруднена, а гироскопы могут повысить точность манипуляций.

Большое количество моноблочных фундаментов было использовано в последние годы для экономичного строительства стационарных -донные морские ветряные электростанции на мелководье. В каждом из них используется один фундаментный элемент, как правило, большого диаметра, который выдерживает 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 из песка включает использование сваебойного устройства для забивания большой полой стальной сваи на глубину 25 метров (82 фута) в морское дно, через 0,5-метровый (20-дюймовый) слой более крупного камня и гравия, 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 предустановленными 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 из центра сваи и заменяются бетоном. Дополнительный слой камня еще большего размера диаметром до 0,5 м, наносится на поверхность морского дна для долговременной защиты от эрозии.

Для упрощения установки башен и их соединения с морским дном они устанавливаются в двух частях: часть ниже поверхности воды и часть над водой. Две части башни соединены переходной частью, заполненной залитым раствором. Заливанное соединение груза, испытываемые турбинной башней, на более прочный монопольный фундамент турбины. Один из методов усиления цементного раствора, используемого в соединении, заключается в добавлении известных как срезные шпонки, по длине соединения для цементного раствора, чтобы предотвратить скольжение между моноблоком и башней.

Сетевое соединение

Морское соединение для размещения преобразовательной подстанции HVDC для морских ветропарков перемещается на тяжеловесном судне в Норвегии.

Существует несколько различных типов типов, которые исследуются как жизнеспособные варианты интеграции морской ветроэнергетики в наземную сеть. Самый традиционный метод - через линии передачи переменного тока высокого напряжения (HVAC). Линии электропередачи HVAC в настоящее время наиболее часто используемая схема подключения к сети для морских ветряных турбин. Возможные ограничения, которые позволяют использовать HVAC. Во-первых, HVAC ограничивает токами зарядки кабеля, который создают из-за 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 приемном конце. Чтобы компенсировать эти потери, в систему необходимо добавить дополнительные кабели или компенсацию реактивной мощности. Оба эти фактора увеличивают стоимость системы. Кроме того, поскольку кабели HVAC имеют как реальную, так и реактивную мощность, протекающую через них, могут возникнуть дополнительные потери. Из-за этих потерь длина подземных линий HVAC ограничена. Максимально подходящее расстояние для передачи ОВКВ для оффшорной ветроэнергетики считается примерно 80 км (50 миль).

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. 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. Для этого были рассмотрены как преобразователи с линейной коммутацией (LCC), так и преобразователи источника напряжения (VSC). Хотя LCC представляет собой гораздо более распространенной технологией и дешевле, у VSC гораздо больше возможностей, включая такое управление мощностью и реактивной мощностью. Были проведены новые исследования по разработке гибридных технологий HVDC, в которых LCC соединяется с VSC кабелем постоянного тока.

Для передачи энергии от морских ветряных турбин на береговые электростанции необходимо прокладывать кабели вдоль дно океана. Кабели обеспечивают эффективную передачу большого количества кабеля, что требует оптимизации материалов, используемых для прокладки кабелей, а также определения количества трасс для минимального количества кабеля. Одним из способов снижения стоимости кабелей, используемых в этих приложениях, является преобразование медных проводников в алюминиевые, однако предлагаемая замена поднимает повышенного кабеля и потенциального повреждения, поскольку алюминий менее плотен, чем медь.

Техническое обслуживание

Морские ветряные турбины ветряной электростанции Родсанд в поясе Фемарн, в западной части Балтийского моря между Германией и Данией (2010)

Турбины намного менее доступны в море (требуется использование служебного судна вертолета для обычного доступа и самоподъемной установки для тяжелых работ, таких как замена коробки передач), и, следовательно, надежность важнее, чем для береговой турбины. Некоторые ветряные электростанции, расположенные на территории от береговых баз, обслуживающие бригады, проживающие на территории жилых помещений. Чтобы ограничить влияние коррозии на лопасти ветряной турбины, используется защитная лента из эластомерных материалов, хотя покрытия для защиты от капельной эрозии защиты лучшую от элементов защиты.

Техническая организация по техническому обслуживанию и ремонту оборудования. компоненты, тратя почти все свои ресурсы на турбины. Обычный способ проверки лопастей заключается в том, что рабочие должны спуститься по лопасти по спуску, что занимает день на каждой турбину. Некоторые фермы проверяют лопасти трех турбин в день, фотографируя их с монополями через объектив 600 мм, избегая подъема вверх. Другие используют дроны с камерой.

Из-за их удаленности системы прогнозирования и мониторинга состояния здоровья на морских ветряных турбинах гораздо более необходимыми. Они позволяют лучше планировать своевременное обслуживание, тем самым снижая эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание. Согласно отчету коалиции исследователей из университетов, промышленности и правительства (при поддержке устойчивого будущего Аткинсона ), предоставление полевых данных с этих турбин будет иметь неоценимое значение для проверки используемых сложных аналитических кодов. для конструкции турбины. Снижение этого барьера будет образования инженеров, обучающихся на ветровой энергии.

Вывод из эксплуатации

По мере того, как первые морские ветряные электростанции подходят к концу, индустрия сноса строений начинает их утилизировать по цене 2-4 миллиона датских крон (300 000-600 000 долларов США) примерно за МВт., который гарантирует владелец. Первой морской 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.

Воздействие на окружающую среду

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 с наземными проектами. Кроме того, есть несколько местных свидетельств, способствующих восстановлению поврежденных экосистем, функционирующих как искусственные рифы.

Хотя морская ветроэнергетика резко выросла за последние несколько десятилетий, есть по-прежнему существует большая неопределенность, связанная с тем, как строительство и эксплуатация этих ветряных электростанций влияет на морских животных и морскую среду. Общие экологические проблемы, связанные с развитием ветроэнергетики в открытом море, включают:

  • риск столкновения морских птиц с лопастями ветряных турбин или их вытеснения из критически важных мест обитания;
  • подводный шум, связанный с процессом установки ведущего монополя турбины на морском дне;
  • Физическое присутствие морских ветряных электростанций, изменяющих поведение морских млекопитающих, рыб и морских птиц с привлечением или избеганием;
  • потенциальное нарушение ближнего поля и морская среда в дальней зоне от крупных морских ветроэнергетических проектов.

iPhone оффшорная ветроэнергетика является новой отраслью, пока нет никаких доказательств долгосрочного воздействия на среду от морской ветровой деятельности или каких-либо исследований кумулятивного воздействия на некоторые морские виды деятельности в той же области.

База данных Tethys обеспечивает доступ к литературе и общей информации о научных экологических последствиях использования морской ветровой энергии.

Крупнейшие оффшорные объекты морские ветряные электростанции

четыре района устья Темзы находятся в прибрежных ветряных электростанциях: Kent ish Flats, Gunfleet Sands, Thanet и Лондонский массив. Последний был крупнейшим в мире до сентября 2018 года.
Морские ветряные электростанции мощностью не менее 400 МВт
Ветряные электростанцииМестоположениеКоординаты площадкиПроизводительность. (MW )Турбины и модельДата ввода в эксплуатацию. Ссылка
Хорнси 1 Соединенное Королевство 53 ° 53′06 ″ N 1 ° 47′28 ″ E / 53,885 ° N 1,791 ° E / 53,885; 1.791 (Хорнси 1) 1218174 x Siemens SWT-7.0-1542020
Walney Extension Соединенное Королевство 54 ° 5′17 ″ с.ш. 3 ° 44'17 ″ Вт / 54,08806 ° N 3,73806 ° Вт / 54,08806; -3,73806 (расширение Walney) 65940 x MHI - Vestas 8,25 МВт. 47 x Siemens Gamesa 7 МВт2018
London Array Соединенное Королевство 51 ° 38'38 ″ N 01 ° 33′13 ″ E / 51,64389 ° N 1,55361 ° E / 51,64389; 1.55361 (London Array) 630175 × Siemens SWT-3.6-1202013
Gemini Wind Farm Нидерланды 54 ° 2'10 ″ с.ш. 05 ° 57'47 ″ в.д. / 54 03611 ° с.ш. 5,96306 ° в.д. / 54 03611; 5.96306 (Gemini Wind Farm) 600150 × Siemens SWT-4.02017
Беатрис Соединенное Королевство 58 ° 7′48 ″ N 3 ° 4'12 ″ Вт / 58,13000 ° с.ш., 3,07000 ° Вт / 58,13000; -3.07000 (ветряная электростанция Beatrice) 58884 × Siemens SWT-7.0-1542019
Gode Wind (фазы 1 + 2)Германия 54 ° 04'N 7 ° 02'E / 54,067 ° N 7,033 ° E / 54,067; 7.033 (Gode Wind I + II) 58297 x Siemens SWT-6.0-1542017
Gwynt y Môr Соединенное Королевство 53 ° 27 '00 ″ N 03 ° 35'00 ″ W / 53,45000 ° N 3,58333 ° W / 53,45000; -3,58333 (Gwynt y Môr) 576160 × Siemens SWT-3.6-1072015
Race Bank Соединенное Королевство 53 ° 16 'N 0 ° 50'E / 53,267 ° N 0,833 ° E / 53,267; 0,833 (Race Bank) 57391 x Siemens SWT-6.0-1542018
Большой Габбард Соединенное Королевство 51 ° 52′48 ″ с.ш. 1 ° 56'24 ″ E / 51,88000 ° N 1,94000 ° E / 51,88000; 1.94000 (ветряная электростанция Большого Габбарда) 504140 × Siemens SWT-3.6-1072012
Германия 54 ° 26′N 6 ° 19′E / 54 433 ° с. Ш., 6,317 ° в. Д. / 54 433; 6.317 49771 x Siemens SWT-7.0-1542019
Германия 53 ° 57′7 ″ с.ш., 6 ° 29′17 ″ в.д. / 53.95194 ° N 6.48806 ° E / 53.95194; 6.48806 (Borkum Riffgrund 2) 45056 x MHI Vestas V164-8.0 МВт2019
Horns Rev 3 Дания 55 ° 49′N 7 ° 42'E / 55,817 ° N, 7,700 ° E / 55,817; 7.700 (Horns Rev 3) 40749 x MHI Vestas V164-8,3 МВт2019
Dudgeon Соединенное Королевство 53 ° 14′56 ″ N 1 ° 23'24 ″ E / 53 24889 ° N 1,39000 ° E / 53 24889; 1,39000 (Оффшорная ветряная электростанция Даджен) 40267 × Siemens SWT-6.0-1542017
Veja Mate Германия 54 ° 19 ′ 1 ″ с.ш., 5 ° 52'15 ″ в.д. / 54 31694 ° с. Ш., 5 87083 ° в.д. / 54 31694; 5.87083 (ветряная электростанция Veja Mate) 40267 × Siemens SWT-6.0-1542017
Anholt Дания 56 ° 36′00 ″ с.ш. 11 ° 12'36 ″ в.д. / 56,60000 ° с.ш., 11,21000 ° в.д. / 56,60000; 11.21000 (Морская ветряная электростанция Анхольт) 400111 × Siemens SWT-3.6-1202013
BARD Offshore 1 Германия 54 ° 22 ′ 0 ″ С.ш. 5 ° 59'0 ″ в.д. / 54,36667 ° с.ш. 5,98333 ° в.д. / 54,36667; 5.98333 (BARD Offshore 1) 40080 × BARD 5.0MW2013
[de ]Германия 54 ° 30′00 ″ N 6 ° 21′30 ″ E / 54.50000 ° с.ш., 6.35833 ° в.д. / 54.50000; 6.35833 (Global Tech I) 40080 × Areva Multibrid M5000 5.0MW2015
Rampion Соединенное Королевство 50 ° 40'N 0 ° 06'W / 50,667 ° N 0,100 ° W / 50,667; -0,100 (Рэмпион) 400116 x MHI Vestas V112-3,45 МВт2018
Китай 34 ° 40′04 ″ с.ш. 120 ° 21'29 ″ E / 34,66778 ° N, 120,35806 ° E / 34,66778; 120.35806 (Binhai North Wind) 400100 x Siemens SWT-4.0-1202018

Проекты

Большинство текущих проектов в Европе и воде Восточной Азии.

Есть также несколько предлагаемых разработок в Северной Америке. Проекты находятся в стадии разработки в районе Штатах Восточного побережья, Великих озер и Тихоокеанского побережья, богатых ветрами. В период 2012 года был введен нормативный подход «Умный для начала», ускоренный процесс выбора при одновременном строгой защите окружающей среды. В частности, органы внутренних дел утвердило «зоны ветроэнергетики» у побережья. Первая оффшорная ветряная электростанция в США - 30-мегаватная 5-турбинная ветряная электростанция Block Island, введенная в эксплуатацию в декабре 2016 года. Многие рыболовы и морские биологи считают, что пять, 6-мегаваттные ветровые турбины у берегов острова Блок как искусственный риф.

Еще одна морская ветряная электростанция, которая находится на стадии планирования, находится у побережья Вирджиния-Бич. 3 августа 2018 года Dominion Energy заявила о своей пилотной программе двух ветряных турбин, которая будет находиться в 27 милях от берега Вирджиния-Бич. В районе проведения обследование, которое продлится 4–6 недель.

Канадская ветроэнергетика в провинции Онтарио исследует несколько предлагаемых мест в Великих озерах, включая приостановленные Trillium Power Wind 1 примерно в 20 км от берега и мощностью более 400 МВт. Среди других канадских проектов - проект на западном побережье Тихого океана.

Индия изучает потенциал морских ветряных электростанций, при этом демонстрирующая установка мощностью 100 МВт планируется у побережья Гуджарата (2014 г.)). В 2013 году группа организаций во главе с Глобальным советом по ветроэнергетике (GWEC) начала проект FOWIND (Содействие развития морской ветроэнергетики в Индии) по выявлению зонирования для развития прибрежной ветровой энергетики. власти в Индии и стимулировать деятельность в области НИОКР в этой области. В 2014 году FOWIND поручил Центру исследований, технологий и политики (CSTEP) предварительное технико-экономическое обоснование в восьми диаграммах Тамил Наду, которые были оценены как потенциал.

Морской мощностью ветра по

Оффшорные страны ветряные турбины около Копенгагена, Дания

Большинство оффшорных ветряных электростанций в настоящее время находятся в Северной Европе. Только на Соединенное Королевство и Германию приходилось примерно две трети всех групп мощностей оффшорной ветроэнергетики в 2016 году. Другие страны, такие как Китай, быстро наращивают свои мощности оффшорной ветроэнергетики.

Список стран по совокупной установленной морской ветроэнергетической мощности (МВт)
РейтингСтрана2016201720182019
1Соединенное Королевство 5,1566,6517,9639,723
2Германия 4,1085,4116,3807,493
3Китай 16272,7884,5886,838
4Дания 1,2711,2681,3291,703
5Бельгия 7128771,1861,556
6Нидерланды 11181,1181,1181,118
7Швеция 202202192191
8Тайвань088128
9Вьетнам99999999
10Япония 60656585
11Южная Корея35387373
12Финляндия32928771
13США 30303030
14Ирландия25252525
15Испания5555
16Норвегия2222
17Франция0222
Всего в мире14,48218,65823,14029,142

См. Также

Wikimedia Commons содержит СМИ, относящиеся к оффшорной ветроэнергетике.

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-01 08:42:27
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте