Плавающая ветровая турбина — это морская ветровая турбина, установленная на плавучей конструкции, которая позволяет турбине вырабатывать электроэнергию на глубине, где турбины с фиксированным фундаментом нецелесообразны. [1] [2] Плавучие ветряные электростанции имеют потенциал для значительного увеличения морской площади, доступной для морских ветряных электростанций, особенно в странах с ограниченным мелководьем, таких как Испания, Португалия, Япония, Франция и западное побережье США. Размещение ветряных электростанций дальше от берега может также уменьшить визуальное загрязнение , [2] обеспечить лучшее размещение для рыболовных и судоходных путей , [3] [4] и достичь более сильных и постоянных ветров. [5]
Коммерческие плавучие ветровые турбины в основном находятся на ранней стадии разработки, с 2007 года было установлено несколько прототипов отдельных турбин. По состоянию на 2023 год [обновлять]в эксплуатации находятся 4 плавучие ветровые электростанции общей мощностью 193 МВт. [ необходима ссылка ]
Плавучая морская ветровая электростанция Hywind Tampen , признанная крупнейшей в мире, начала работу в августе 2023 года. Расположенная примерно в 140 километрах от побережья Норвегии, она состоит из 11 турбин и, как ожидается, будет обеспечивать около 35% потребностей в электроэнергии пяти близлежащих нефтегазовых платформ . [6]
Концепция крупномасштабных плавучих ветровых турбин, расположенных в открытом море, была представлена профессором Уильямом Э. Херонемусом из Массачусетского университета в Амхерсте в 1972 году. Только в середине 1990-х годов, когда коммерческая ветроэнергетика уже прочно укрепилась, эта тема вновь была поднята основным исследовательским сообществом. [5]
Компания Blue H Technologies из Нидерландов развернула первую в мире плавучую ветровую турбину в 21,3 километрах (13,2 мили) от побережья Апулии , Италия , в декабре 2007 года. [8] [9] Прототип мощностью 80 кВт был установлен на глубине 113 метров (371 фут) для сбора данных об испытаниях ветра и морских условиях и был выведен из эксплуатации в конце 2008 года. [10] Турбина использовала конструкцию платформы с натяжными опорами и двухлопастную турбину. [10] [ требуется обновление ]
Первой плавучей ветровой турбиной большой мощности в 2,3 мегаватта была Hywind [11] , которая начала работать в Северном море недалеко от Норвегии в сентябре 2009 года. [12] [13] Турбина была построена Siemens Wind Power и установлена на плавучей башне с осадкой глубиной 100 м, с поплавковой башней, изготовленной Technip . После сборки в более спокойных водах фьорда Омёй недалеко от Ставангера , Норвегия, 120-метровая башня была отбуксирована на 10 км от берега на глубину 220 м, в 10 км к юго-западу от Кармёя , 6 июня 2009 года для двухлетнего испытательного развертывания. [14] Hywind, принадлежащая Statoil [14] , обошлась в 400 миллионов крон (около 62 миллионов долларов США ) на строительство и развертывание. [15] [16] [17] Подводный кабель электропередачи длиной 13 километров (8,1 мили) был установлен в июле 2009 года, и вскоре после этого были проведены системные испытания, включая лопасти ротора и первоначальную передачу электроэнергии. [18] Ожидалось, что установка будет вырабатывать около 9 гигаватт-часов электроэнергии в год. [19] В 2010 году она выдержала 11-метровые волны, по-видимому, без износа. [20] К 2016 году турбина выработала 50 ГВт-ч; общий коэффициент мощности составил 41%. [21] Турбина выдержала скорость ветра 40 м/с и волны 19 м [22] и была продана в 2019 году, ожидая еще 10 лет производства и испытаний. [23] [24] На том же месте в декабре 2021 года был введен в эксплуатацию TetraSpar мощностью 3,6 МВт. [25]
В сентябре 2011 года Principle Power при поддержке EDP, Repsol, ASM и Portugal ventures установила в Португалии второй полномасштабный прототип, подключенный к сети. WindFloat WF1 был оснащен турбиной Vestas мощностью 2 МВт и продолжал производить более 17 ГВт-ч электроэнергии в течение следующих 5 лет. [26] Блок был выведен из эксплуатации в 2016 году и позже был перепрофилирован.
В июне 2013 года Университет штата Мэн развернул VolturnUS 1:8 мощностью 20 кВт, прототип плавучей турбины высотой 65 футов (20 м), который в масштабе 1:8 от 6-мегаваттной, диаметром ротора 450 футов (140 м). [27] VolturnUS 1:8 была первой подключенной к сети морской ветровой турбиной, развернутой в Америке. Конструкция VolturnUS использует бетонный полупогружной плавучий корпус и башню из композитных материалов, разработанную для снижения как капитальных затрат, так и затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание, а также для обеспечения возможности локального производства. Технология стала результатом совместных исследований и разработок, проведенных консорциумом DeepCwind под руководством Университета штата Мэн. [28] [ требуется обновление ]
Первая турбина Hitachi мощностью 2 МВт была введена в эксплуатацию в ноябре 2013 года [29] [30] и имела коэффициент мощности 32% и плавучий трансформатор (см. также Список морских ветровых электростанций в Японии ). Две более крупные турбины мощностью 5 и 7 МВт оказались неудачными. [31] Первая плавучая турбина в Японии была спущена на воду около острова Фукуэ в 2016 году после 5-летнего демонстрационного периода у берега. [32] [ требуется обновление ]
В конце 2021 года Китай запустил свою первую плавучую ветровую турбину MingYang мощностью 5,5 МВт на ветряной электростанции с фиксированным дном Yangxi Shapa III мощностью 400 МВт . [33]
В 2019 году компания PivotBuoy получила финансирование от ЕС в размере 4 млн евро и установила ветровую турбину Vestas мощностью 225 кВт [34] на глубине 50 метров на океанической платформе Канарских островов в 2022 году. [35]
В 2023 году первая плавучая ветровая платформа в Испании начала работать после подключения к сети. Проект DemoSATH мощностью 2 МВт является совместным проектом Saitec Offshore Technologies, RWE и Kansai Electric Power Company . [36]
Два распространенных типа инженерных конструкций для крепления плавучих конструкций включают системы швартовки с натяжными опорами и цепные свободные швартовочные системы. [ требуется ссылка ] [37] : 2–4 Системы швартовки с натяжными опорами имеют вертикальные тросы под натяжением, обеспечивающие большие восстанавливающие моменты при килевой и бортовой качке . Системы швартовки с цепными опорами обеспечивают удержание на месте морской конструкции, но при этом обеспечивают небольшую жесткость при низком натяжении». [38] Третья форма системы швартовки — это конфигурация балластной цепной линии , созданная путем добавления многотонных грузов, подвешенных к средней части каждого якорного троса, чтобы обеспечить дополнительное натяжение троса и, следовательно, увеличить жесткость надводной плавучей конструкции. [38]
Стандарт проектирования IEC 61400–3 требует, чтобы анализ нагрузок основывался на внешних условиях, характерных для данной площадки, таких как ветер, волны и течения. [37] : 75 Стандарт IEC 61400–3-2 применяется конкретно к плавучим ветряным турбинам. [39] [40]
Техническая осуществимость глубоководных плавучих ветряных турбин не подвергается сомнению, поскольку долгосрочная выживаемость плавучих конструкций успешно демонстрировалась морской и оффшорной нефтяной промышленностью на протяжении многих десятилетий. Однако экономика, которая позволила развернуть тысячи морских нефтяных вышек, еще не была продемонстрирована для плавучих платформ ветряных турбин. Для глубоководных ветряных турбин плавучая конструкция заменит свайные монополи или обычные бетонные основания, которые обычно используются в качестве фундаментов для мелководных и наземных турбин. Плавучая конструкция должна обеспечивать достаточную плавучесть, чтобы выдерживать вес турбины и ограничивать килевые, бортовые и вертикальные движения в приемлемых пределах. Капитальные затраты на саму ветряную турбину не будут значительно выше текущих затрат на защищенные от воздействия моря турбины на мелководье. Поэтому экономика глубоководных ветряных турбин будет определяться в первую очередь дополнительными затратами на плавучую конструкцию и систему распределения электроэнергии , которые компенсируются более сильными морскими ветрами и непосредственной близостью к крупным центрам нагрузки (например, более короткие линии передачи). [5]
Благодаря эмпирическим данным, полученным с установок с фиксированным дном во многих странах с конца 1990-х годов, репрезентативные затраты и экономическая целесообразность мелководной морской ветроэнергетики хорошо изучены. В 2009 году установка мелководных турбин стоила 2,4–3 миллиона долларов США за мегаватт, согласно Всемирному энергетическому совету [14] , в то время как практическая осуществимость и удельная экономика глубоководных плавучих турбин морского ветра еще не были установлены. В 2021 году французский аукцион закрылся ниже 120 евро/МВт·ч (141 доллар США/МВт·ч) электроэнергии для проекта мощностью 250 МВт [41] , а высокая стоимость, небольшой размер проекта и отсутствие опыта удерживают разработчиков проектов и финансовые учреждения от риска принятия обязательств по этой технологии. [42] В 2024 году проект Pennavel мощностью 250 МВт выиграл аукцион по цене 86 евро/МВт·ч. [43]
Первоначальное развертывание отдельных турбин полной мощности в глубоководных местах началось только в 2009 году. [14] Первая в мире коммерческая плавучая морская ветряная электростанция Hywind Scotland была введена в эксплуатацию в 2017 году. [44] Ее капитальные затраты составили 264 миллиона фунтов стерлингов или 8,8 миллиона фунтов стерлингов/МВт, [45] [ необходим лучший источник ] что примерно в три раза превышает капитальные затраты стационарных морских ветряных электростанций и в десять раз превышает капитальные затраты газовых электростанций. [ необходима цитата ] Ее эксплуатационные расходы, примерно 150 000 фунтов стерлингов/МВт, также были выше, чем у стационарных морских ветряных электростанций. Сообщается, что второй проект в Великобритании, плавучая морская ветряная электростанция Kincardine, обойдется в 500 миллионов фунтов стерлингов на строительство или 10 миллионов фунтов стерлингов/МВт. [46] В 2023 году затраты на 88-мегаваттную Hywind Tampen оцениваются в 8 миллиардов норвежских крон. [47]
По состоянию на октябрь 2010 года [обновлять]технико-экономические обоснования подтвердили, что плавучие турбины становятся как технически, так и экономически жизнеспособными в Великобритании и на мировых энергетических рынках. «Более высокие первоначальные затраты, связанные с разработкой плавучих ветровых турбин, будут компенсированы тем фактом, что они смогут получить доступ к глубоководным районам у побережья Великобритании, где ветры сильнее и надежнее». [48] Исследование Offshore Valuation, проведенное в Великобритании, подтвердило, что использование всего одной трети ветровых, волновых и приливных ресурсов Великобритании может генерировать энергию, эквивалентную 1 миллиарду баррелей нефти в год; столько же, сколько добыча нефти и газа в Северном море. Значительной проблемой при использовании этого подхода является координация, необходимая для разработки линий электропередачи.
В отчете Carbon Trust за 2015 год рекомендуется 11 способов снижения стоимости. [49] Также в 2015 году исследователи из Штутгартского университета оценили стоимость в 230 евро/МВт-ч. [50]
В Калифорнии оффшорный ветер хорошо совпадает с вечерним и зимним потреблением, когда спрос на электросеть высок, а солнечная энергия низкая . Одним из немногих портов, достаточно больших для подготовки оффшорного ветрового оборудования, может быть залив Гумбольдта . [51]
Согласно исследованию, проведенному Центром передового опыта в области плавучей морской ветроэнергетики (FOW CoE) компании Offshore Renewable Energy (ORE) в Великобритании, плавучие морские ветроэлектростанции могут выйти на уровень «без субсидий» к началу 2030-х годов. [52]
Ведущий британский центр технологических инноваций и исследований в области оффшорной энергетики ORE Catapult подготовил отчет о технологии Tugdock: «Tugdock [53] , которая может обеспечить плавучие ветровые разработки на участках без подходящих портовых сооружений поблизости. Она также может сократить расходы на сборку основания на 10% по сравнению с традиционными методами за счет снижения требований к дорогостоящим судам для перевозки тяжелых грузов, которых немного и они редко встречаются». [54] [ требуется лучший источник ]
Первая в мире коммерческая плавучая ветряная электростанция Hywind Scotland была введена в эксплуатацию в 2017 году. [44] Она использует 5 турбин Siemens по 6 МВт каждая, имеет мощность 30 МВт и расположена в 18 милях (29 км) от Питерхеда . Проект также включает в себя литий-ионную аккумуляторную систему мощностью 1 МВт·ч (называемую Batwind). [56] За первые 5 лет эксплуатации она достигла среднего коэффициента мощности 54%, иногда при 10-метровых волнах. [57]
WindFloat Atlantic, расположенный в 20 км от побережья Виана-ду-Каштелу, Португалия, имеет мощность 25 МВт и работает с июля 2020 года. [58] Он произвел 78 ГВт-ч в 2022 году с технической доступностью 93%. [59]
Ветряная электростанция Kincardine Offshore Wind Farm мощностью 48 МВт является второй коммерческой плавучей ветряной электростанцией Великобритании, строительство которой было завершено в августе 2021 года, а ее полная эксплуатация началась в октябре 2021 года. [46] [60] Она расположена в 15 километрах от побережья Абердиншира, Шотландия, на глубине от 60 до 80 метров. Две турбины были отбуксированы в порт для ремонта и возвращены. [61]
В августе 2019 года Enova выделила Equinor 2,3 млрд норвежских крон на строительство плавучей ветровой электростанции Hywind Tampen мощностью 88 МВт стоимостью 8 млрд норвежских крон [47] с целью снижения технологических затрат и поставки 35% годовой электроэнергии на нефтяные месторождения Snorre и Gullfaks . [62] Строительство началось в 2021 году [63] [64], а турбины были смонтированы в 2022 году [65], отправив первую электроэнергию на Gullfaks A в ноябре 2022 года [66] и завершив строительство в августе 2023 года [67].
Карта местонахождения
В 2011 году Япония планировала построить пилотную плавучую ветровую электростанцию с шестью 2-мегаваттными турбинами у побережья Фукусимы на северо-востоке Японии, где ядерная катастрофа на Фукусиме-1 привела к дефициту электроэнергии. [74] [75] После завершения этапа оценки в 2016 году «Япония планирует построить до 80 плавучих ветряных турбин у побережья Фукусимы к 2020 году». [74] Ожидается, что стоимость строительства первых шести плавучих ветряных турбин составит от 10 до 20 миллиардов иен в течение пяти лет. [76] В 2011 году некоторые иностранные компании также планировали подать заявку на большую плавучую ветровую электростанцию мощностью 1 ГВт, которую Япония надеялась построить к 2020 году. [77] В марте 2012 года Министерство экономики, торговли и промышленности Японии одобрило проект стоимостью 12,5 млрд иен (154 млн долларов США) по спуску на воду 2-мегаваттной Fuji в марте 2013 года и двух 7-мегаваттных гидравлических «SeaAngel» Mitsubishi в 20–40 км от берега на глубине 100–150 метров. Японская ассоциация ветроэнергетики заявляет о потенциале в 519 ГВт плавучей морской ветровой мощности в Японии. [78] Четырехстоечный принцип из Фукусимы был сертифицирован на осуществимость в 2020 году, и был сформирован консорциум для массового производства плавучих оснований. [79] В 2018 году NEDO объявила о проведении двух тендеров с целью поддержки разработки проектов по строительству в стране как плавучих, так и стационарных ветровых электростанций. [80]
В сентябре 2010 года штат Мэн, США , запросил предложения по строительству плавучей ветровой электростанции. Запрос предложений содержал предложения по глубоководной морской ветровой мощности мощностью 25 МВт для поставки электроэнергии в течение 20-летнего долгосрочного контракта в заливе Мэн . Предложения должны были быть поданы до мая 2011 года. [81] [82] В апреле 2012 года Statoil получила одобрение государственного регулирующего органа на строительство большой демонстрационной ветровой электростанции из четырех блоков у побережья штата Мэн. [83] По состоянию на апрель 2013 года Statoil North America разрабатывала ветровую электростанцию Hywind 2 с четырьмя башнями и мощностью 12–15 МВт для размещения в 20 километрах (12 милях) от восточного побережья штата [обновлять]Мэн на глубине 140–158 метров (459–518 футов) в Атлантическом океане . Как и первая установка Hywind у берегов Норвегии, фундамент турбины будет представлять собой поплавок . [84] Комиссия по коммунальным услугам штата Мэн проголосовала за одобрение строительства и финансирование проекта стоимостью 120 миллионов долларов США, добавив примерно 75 центов в месяц к среднему розничному потребителю электроэнергии. Электроэнергия может поступить в сеть не ранее 2016 года. [85] В результате принятия в 2013 году законодательства [86] штатом Мэн , Statoil приостановила запланированный проект по разработке плавучей ветровой турбины Hywind Maine в июле 2013 года. Законодательство требовало от Комиссии по коммунальным услугам штата Мэн провести второй раунд торгов на участки для морских ветряных электростанций с другим набором основных правил, что впоследствии привело к тому, что Statoil приостановила работу из-за возросшей неопределенности и риска в проекте. Statoil рассматривала другие места для своего первоначального демонстрационного проекта в США. [87] Некоторые поставщики, которые могли бы подать заявку на предлагаемый проект в Мэне, выразили обеспокоенность в 2010 году по поводу работы с нормативно-правовой базой США . Поскольку предлагаемый участок находится в федеральных водах, разработчикам потребуется разрешение от Службы по управлению минеральными ресурсами США , «которой потребовалось более семи лет, чтобы одобрить еще не построенный мелководный ветроэнергетический проект у мыса Кейп-Код » ( Cape Wind ). «Неопределенность в отношении нормативных препятствий в Соединенных Штатах… является «ахиллесовой пятой» для амбиций Мэна в отношении глубоководного ветра». [82] В 2013 году Statoil вышла из проекта стоимостью 120 миллионов долларов из четырех 3-мегаваттных турбин, плавающих на глубине 140 м около гавани Бутбей, штат Мэн, сославшись на изменение в законодательстве, [88] [89] [90]и вместо этого сосредоточились на своих пяти турбинах мощностью 6 МВт в Шотландии, где средняя скорость ветра составляет 10 м/с, а глубина воды — 100 м. [91] [92] [93]
В июне 2016 года проект плавучей морской ветроэнергетической установки Aqua Ventus I в штате Мэн, разработанный консорциумом DeepCwind, был выбран Министерством энергетики США для участия в программе демонстрации передовых технологий в области морской ветроэнергетики. [94] В августе 2021 года проект получил одобрение на использование неамериканских барж. [95]
В январе 2022 года Crown Estate Scotland , государственная корпорация шотландского правительства, ответственная за управление землей и имуществом в Шотландии, выделила 14,5 ГВт в 10 договорах аренды для плавучих ветровых электростанций, а также 10 ГВт для стационарных фундаментов. Было 74 заявителя и 17 победителей. [96] К апрелю 2022 года все 17 арендаторов подписались, [97] и должны заплатить £700 млн шотландскому правительству. Плавучая ветроэнергетика до сих пор считалась дорогостоящей, но отраслевые комментаторы описали программу ScotWind как коммерческий прорыв. [98]
В декабре 2022 года Бюро по управлению энергией океана США предоставило аренду на 4,6 ГВт на 373 000 акрах у побережья Калифорнии 5 победителям, которые должны заплатить $750 млн. Цена $2000/акр ниже, чем у аренды на Восточном побережье, из-за более низкой конкуренции и более высокой стоимости строительства. [99] [100]
По состоянию на 2023 год в Европе будет 4 небольших плавучих ветровых электростанции общей мощностью 176 МВт. Планы по расширению примечательны: Франция выставила на тендер проект мощностью 250 МВт у берегов Бретани и еще два в Средиземном море . Крупномасштабные аукционы ожидаются в Испании, Португалии, Норвегии и Великобритании, которая уже выделила права на более чем 15 ГВт. Европа стремится к 3-4 ГВт плавучих ветровых мощностей к 2030 году, потенциально достигнув 10 ГВт при поддерживающей политике. [101]
Масштабное моделирование и компьютерное моделирование пытаются предсказать поведение крупномасштабных ветровых турбин, чтобы избежать дорогостоящих отказов и расширить использование морской ветровой энергии от фиксированных до плавучих фундаментов. Темы для исследований в этой области включают:
Поскольку они пригодны для буксировки, плавучие ветровые турбины могут быть перемещены в любое место на море без особых дополнительных затрат. Таким образом, их можно использовать в качестве прототипов для испытаний, чтобы на практике оценить адекватность конструкции и потенциал ветроэнергетики перспективных участков.
Когда передача вырабатываемой ветровой энергии на близлежащие земли неэкономична, ее можно использовать в газогенераторных установках для производства водорода , аммиака / мочевины , опреснения воды методом обратного осмоса , природного газа , сжиженного нефтяного газа , алкилата / бензина , хранения аккумуляторных батарей на судах и т. д. на плавучих платформах, которые можно легко транспортировать в близлежащие центры потребления. [107]
Плавающие ветровые турбины могут использоваться для обеспечения движущей силы для достижения искусственного подъема богатых питательными веществами глубинных океанских вод на поверхность для улучшения роста рыболовства в районах с тропической и умеренной погодой. [108] Хотя глубокая морская вода (глубиной ниже 50 метров) богата питательными веществами, такими как азот и фосфор, рост фитопланктона слаб из-за отсутствия солнечного света. Наиболее продуктивные районы океанского рыболовства расположены в холодных морях в высоких широтах, где естественный подъем глубоководных морских вод происходит из-за обратных термоклинных температур. Электричество, вырабатываемое плавающей ветровой турбиной, будет использоваться для приведения в действие высокопоточных и низконапорных водяных насосов для забора холодной воды с глубины ниже 50 метров и смешивания ее с теплой поверхностной водой с помощью эжекторов перед выпуском в море. Средиземное море , Черное море , Каспийское море , Красное море , Персидский залив , глубоководные озера/водохранилища подходят для искусственного подъема в целях экономического увеличения улова рыбы. Эти установки также могут быть мобильными, чтобы использовать сезонные благоприятные ветры в течение всего года.
Плавающая ветряная турбина Eolink — это технология одноточечной швартовки. Запатентованная конструкция этой французской компании из Плузане представляет собой полупогружной плавучий корпус с пирамидальной структурой из 4 мачт. Конструкция поддерживает турбину с помощью 2 мачт с наветренной стороны и 2 мачт с подветренной стороны. Это обеспечивает больший зазор для лопастей и распределяет нагрузку. В отличие от большинства плавучих ветряных турбин, турбина вращается вокруг своей единственной точки швартовки лицом к ветру. Точка поворота обеспечивает механическую и электрическую связь между турбиной и морским дном. Сетка Eolink подключила свой первый демонстратор в масштабе одной десятой в апреле 2018 года. [109]
Инженеры Ideol разработали и запатентовали кольцевой плавучий фундамент на основе центральной системы отверстий (Damping Pool), используемый для оптимизации устойчивости фундамента и ветряной турбины. Таким образом, плещущаяся вода, содержащаяся в этом центральном отверстии, противодействует колебаниям поплавка, вызванным волнением. Закрепленные на фундаменте швартовы крепятся к морскому дну, чтобы удерживать сборку на месте. Этот плавучий фундамент совместим со всеми ветряными турбинами без каких-либо модификаций и имеет уменьшенные размеры (от 36 до 55 метров на сторону для ветряной турбины мощностью от 2 до 8 МВт). Изготавливаемый из бетона или стали, этот плавучий фундамент позволяет осуществлять локальное строительство вблизи проектных площадок.
Ideol возглавляет проект FLOATGEN, [110] демонстрационный проект плавучей ветровой турбины, основанный на технологии Ideol, построенный Bouygues Travaux Publics и работающий у побережья Ле-Круазик на оффшорной экспериментальной площадке Ecole Centrale de Nantes (SEM-REV). Строительство этого проекта, первой во Франции оффшорной ветровой турбины мощностью 2 МВт, было завершено в апреле 2018 года, а установка была установлена на месте в августе 2018 года. В феврале 2020 года ее готовность составляла 95%, а коэффициент использования мощности — 66%. [111]
В августе 2018 года в 15 км к востоку от порта Китакюсю японским конгломератом Hitachi Zosen был установлен Hibiki, второй демонстратор с двухлопастной ветровой турбиной Aerodyn Energiesysteme GmbH мощностью 3,2 МВт. Ideol разработала дизайн этого стального корпуса, который был изготовлен в японском сухом доке. [112]
В августе 2017 года французское правительство выбрало Eolmed, консорциум во главе с французским разработчиком возобновляемых источников энергии Quadran в сотрудничестве с Ideol, Bouygues Travaux Publics и Senvion, для разработки и строительства средиземноморской плавучей ветряной электростанции мощностью 25 МВт в 15 км от прибрежного города Грюиссан (Лангедок-Руссильон), ввод в эксплуатацию которой запланирован на 2020 год. [113] [ требуется обновление ]
VolturnUS — первая в Северной Америке плавучая ветровая турбина, подключенная к сети. Она была спущена в реку Пенобскот в штате Мэн 31 мая 2013 года Центром передовых конструкций и композитов Университета штата Мэн и его партнерами. [114] [115] Во время развертывания она пережила многочисленные штормовые события, представляющие собой проектные условия окружающей среды, предписанные Руководством Американского бюро судоходства (ABS) по строительству и классификации плавучих морских ветряных турбин, 2013 год. [116]
Технология плавающего бетонного корпуса VolturnUS может поддерживать ветряные турбины на глубине воды 45 м и более. Согласно 12 независимым оценкам стоимости из США и мира, было установлено, что она значительно снижает затраты по сравнению с существующими плавучими системами. Проект также получил полную стороннюю инженерную экспертизу. [117]
В июне 2016 года проект New England Aqua Ventus I под руководством UMaine получил высший статус от Программы демонстрации передовых технологий для оффшорной ветроэнергетики Министерства энергетики США (DOE). Это означает, что проект Aqua Ventus теперь автоматически имеет право на дополнительное финансирование строительства в размере 39,9 млн долларов от DOE, если проект продолжит достигать своих основных этапов.
WindFloat — плавучее основание для морских ветровых турбин, разработанное и запатентованное Principle Power. Полномасштабный прототип был построен в 2011 году Windplus, совместным предприятием EDP , Repsol , Principle Power, A. Silva Matos, Inovcapital и FAI. [118] Вся система была собрана и введена в эксплуатацию на берегу, включая турбину. Затем вся конструкция была отбуксирована мокрым способом на расстояние 400 километров (250 миль) (с юга на север Португалии) до ее окончательного места установки в 5 километрах (3,1 мили) от берега Агусадоуры, Португалия , ранее — волновой фермы Агусадоуры . WindFloat был оснащен турбиной Vestas v80 мощностью 2,0 мегаватта [119] , а установка была завершена 22 октября 2011 года. Год спустя турбина выработала 3 ГВт·ч. [120] Стоимость этого проекта составляет около €20 млн (около 26 млн долларов США). Эта единственная ветряная турбина может производить энергию, эквивалентную 1300 домам. [121] Она работала до 2016 года и пережила штормы без повреждений. [122]
В 2013 году компания Principle Power планировала проект WindFloat мощностью 30 МВт с использованием турбин Siemens мощностью 6 МВт на глубине 366 м недалеко от залива Кус, штат Орегон, с целью ввода в эксплуатацию в 2017 году [123], но с тех пор проект был отменен. [124]
Сообщается, что подводная металлическая конструкция улучшает динамическую устойчивость, при этом сохраняя малую осадку [ 118] путем гашения движения, вызванного волнами и турбиной [125], используя трехколонную треугольную платформу с ветровой турбиной, расположенной на одной из трех колонн. Затем треугольная платформа «швартуется» с помощью обычной цепной швартовки, состоящей из четырех линий, две из которых соединены с колонной, поддерживающей турбину, таким образом создавая «асимметричную швартовку». [126] Поскольку ветер меняет направление и изменяет нагрузки на турбину и фундамент, вторичная система дифферента корпуса перемещает балластную воду между каждой из трех колонн. [127] Это позволяет платформе поддерживать ровный киль, производя при этом максимальное количество энергии. Это контрастирует с другими плавучими концепциями, которые реализовали стратегии управления, которые отключают турбину для компенсации изменений в опрокидывающем моменте, вызванном тягой турбины. [ необходима цитата ] Эта технология может позволить размещать ветряные турбины в морских районах, которые ранее считались недоступными, в районах с глубиной воды более 40 м и более мощными ветровыми ресурсами, чем те, с которыми обычно сталкиваются мелководные морские ветряные электростанции. [128]
Проект WindFloat мощностью 25 МВт получил правительственное разрешение в декабре 2016 года, при этом ЕС профинансировал кабель передачи на сумму €48 млн. Ожидается, что проект стоимостью €100 млн. будет профинансирован к 2017 году и введен в эксплуатацию к 2019 году. [129] Три конструкции с турбинами Vestas мощностью 8 МВт были отбуксированы в море в 2019 году. [122]
Ветрогенератор WindFloat с турбиной Vestas мощностью 2 МВт, установленный недалеко от Шотландии, начал вырабатывать электроэнергию в конце 2018 года. [130]
К январю 2020 года первая из трех 8,4-мегаваттных турбин MHI Vestas компании WindFloat была введена в эксплуатацию. Электроэнергия передается на подстанцию, расположенную в 12 милях на берегу, через кабель, закрепленный на морском дне на глубине около 100 метров. [131]
Проект с открытым исходным кодом был предложен бывшим директором Siemens Хенриком Штисдалом в 2015 году для оценки DNV GL . Он имеет платформы с натяжными опорами со сменными напорными резервуарами, прикрепленными к листовым стенам , собранным из более мелких модулей. [132] [133] Shell и Tepco являются партнерами в проекте, прототип TetraSpar [134] [135] построен в Грено и введен в эксплуатацию в Норвегии в декабре 2021 года [136] с осадкой 65 метров на глубине 200 метров, с использованием турбины Siemens мощностью 3,6 МВт. [25] [137] К 2024 году он будет иметь общий коэффициент мощности 54% и готовность 97—99%. [138]
Mingyang OceanX спроектирован с двумя роторами для генерации 16,6 МВт и может выдерживать ураганы 5 категории со скоростью ветра до 260 км/ч и высотой волн до 30 метров. [139] [140] Он был отбуксирован в море в августе 2024 года. [141]
Национальная лаборатория устойчивой энергетики Risø DTU и 11 международных партнеров начали 4-летнюю программу DeepWind в октябре 2010 года для создания и тестирования экономичных плавучих ветровых турбин с вертикальной осью мощностью до 20 МВт. Программа поддерживается 3 миллионами евро через Седьмую рамочную программу ЕС . [142] [143] Партнерами являются TUDelft , Университет Ольборга , SINTEF , Equinor и Национальная лаборатория возобновляемой энергии США . [144]
Flowocean — шведская технологическая компания с собственной запатентованной технологией для плавучих ветроэнергетических установок с головным офисом в городе Вестерос, Швеция. FLOW — это технология полупогружных плавучих ветровых турбин с двумя ветрогенераторами на одной плавучей платформе. Конструкция пассивно поворачивается, так что ветровые турбины всегда обращены к ветру. Технология Flow представляет собой комбинацию платформы с натяжными опорами (TLP) и полупогружной установки, что дает устройству Flow преимущества обоих принципов и позволяет устройству быть прочным и легким.
Flowocean разработала запатентованную конструкцию плавучих ветровых электростанций, стремясь сделать плавучую ветроэнергетику экономически эффективной. FLOW можно рассматривать как совокупность трех систем: поплавка, буя и швартовочной системы. Поплавок — это вся вращающаяся конструкция. Буй имеет башенный тип, пришвартован к морскому дну и содержит подшипник, который позволяет поплавку свободно вращаться вокруг него. Швартовочная система — это набор компонентов, которые крепят буй к морскому дну, т. е. швартовные линии/канат/цепи, цепные стопоры и якоря. Блоки FLOW в высокой степени стандартизированы, и все подсистемы хорошо зарекомендовали себя. Системы кабелей и швартовки между ветровыми электростанциями являются общими для всех блоков.
GICON-TLP — это плавучая система подконструкции, основанная на платформе с натяжными опорами (TLP), разработанная GICON GmbH. [145] Система может быть развернута на глубине от 45 до 350 метров. Она состоит из шести основных компонентов: четырех плавучих тел, горизонтальных труб для структурного основания, вертикальных труб, которые проходят через ватерлинию, угловых свай для соединения с переходной частью. Для соединения всех компонентов используются литые узлы. TLP может быть оснащена морской ветровой турбиной в диапазоне 6–10 МВт.
GICON-TLP крепится к морскому дну четырьмя предварительно натянутыми швартовными канатами с плавучим гравитационным якорем, состоящим из бетона. Для установки на якорь не требуется забивать сваи или бурить скважины. Все канаты соединены по углам квадратной системы. TLP для ветряной турбины мощностью 6 МВт в настоящее время разрабатывается GICON Group и их ключевым партнером, Endowed Chair for Wind Energy Technology (LWET) в Университете Ростока, с использованием сборных сталебетонных композитных компонентов в сочетании с компонентами из стали. [146] Основное внимание в конструкции TLP уделяется модульности и возможности сборки в любом сухом доке вблизи места установки и без использования строительных судов. [147] [148] После достижения морского местоположения соединения TLP и якоря будут разъединены, а гравитационный якорь будет опущен вниз с использованием балластной воды. Как только якорь достигнет дна, он заполняется песком. Уникальной особенностью системы является достаточная плавучесть как при транспортировке, так и во время эксплуатации.
В октябре 2017 года на модельном испытательном полигоне французской Школы École Centrale de Nantes (ECN) прошли модельные испытания с использованием модели GICON®-TLP в масштабе 1:50, включая ветровую турбину. [149] На основании этого испытания был достигнут уровень готовности технологии 5.
Nautica Windpower предложила методику потенциального снижения веса системы, сложности и затрат для глубоководных участков. Были проведены испытания масштабной модели в открытой воде (сентябрь 2007 г.) в озере Эри, а моделирование структурной динамики было выполнено в 2010 г. для более крупных конструкций. [150] Усовершенствованная плавучая турбина (AFT) от Nautica Windpower использует один швартовный трос и конфигурацию двухлопастного ротора по ветру, которая устойчива к отклонению и выравнивается по ветру без активной системы рыскания. Двухлопастные конструкции турбин по ветру, которые могут обеспечить гибкость лопастей, потенциально продлят срок службы лопастей, уменьшат нагрузки на структурную систему и сократят потребности в обслуживании в открытом море, что приведет к снижению затрат на жизненный цикл. [151]
Saitec Offshore Technologies разрабатывает технологию SATH (Swinging Around Twin Hull), основанную на трех основных принципах: использование бетона, геометрия поплавков и единая система швартовки. Она может преодолеть ограничения и проблемы, обнаруженные в существующих технологиях, используемых ветряными электростанциями: она пытается устранить барьеры, связанные с водозабором, сократить как CapEx, так и OpEx и повысить местное содержание. [152] Тестовая турбина мощностью 2 МВт начала работать в 2023 году. [36] [153]
SeaTwirl разрабатывает плавающую вертикально-осевую ветровую турбину (VAWT). Конструкция предназначена для хранения энергии в маховике , таким образом, энергия может вырабатываться даже после того, как ветер перестанет дуть. [154] Поплавок основан на решении SPAR и вращается вместе с турбиной. Концепция ограничивает потребность в движущихся частях, а также подшипниках в области ступицы. SeaTwirl базируется в Гетеборге, Швеция, и зарегистрирована на европейском растущем рынке First North. SeaTwirl развернула свою первую плавающую ветровую турбину, подключенную к сети, у побережья Швеции в августе 2011 года. Она была испытана и выведена из эксплуатации. [155] В 2015 году SeaTwirl запустила прототип мощностью 30 кВт на архипелаге Швеции, который подключен к сети в Люсечиле. Компания поставила себе цель масштабировать концепцию с турбиной размером 1 МВт в 2020 году. Концепция масштабируется для размеров, значительно превышающих 10 МВт.
Компания Seawind Ocean Technology BV была основана в Нидерландах Мартином Якубовски и Сильвестро Карузо — основателями Blue H Technologies. Они приобрели права собственности на технологию двухлопастных плавучих турбин, разработанную Blue H Technologies, первую в мире плавающую ветровую турбину, установленную в 2007 году. [8] [156] [157] Основанные на оригинальных исследованиях и разработках NASA , Hamilton Standard (теперь United Technologies Corporation / Raytheon Technologies ), Enel и Aeritalia , морские ветровые турбины Seawind с интегрированными фундаментами были запатентованы, испытаны на мощности 1,5 МВт — ветряная турбина Gamma 60 и получили сертификацию типа D DNV GL в декабре 2019 года. [156] [157] [158] Разрабатываются двухлопастные плавучие ветряные турбины (6,2 МВт и 12,2 МВт ), подходящие для установки в глубоких водах с экстремальными ветровыми условиями. [156] Технология основана на гибкой конструкции двухлопастной турбинной системы Glidden Doman , которая соответствует силам природы, а не сопротивляется им. [159] Прочная простота конструкции, которая поддерживает более высокие скорости вращения турбины, обеспечивает меньший крутящий момент, меньшую усталость, более легкую трансмиссию и более длительный срок службы благодаря технологии качающейся ступицы. [156] [157] Технология качающейся ступицы работает в сочетании с системой управления мощностью рыскания, которая устраняет все механизмы управления шагом лопастей. [156] [157] Предшественники ветряных турбин Seawind включают ветряную турбину Gamma 60 , первую в мире ветряную турбину с переменной скоростью и качающимся шарниром, и WTS-4 , которая установила мировой рекорд выходной мощности ветряной турбины, который держался более 20 лет. [157] [160] [161] [162]
Плавучие многотурбинные платформы могут вмещать несколько ветряных турбин на одной платформе, что позволяет сократить расходы на установку и швартовку. [163] [164]
В 2010 году на ветровой электростанции Vindeby Offshore Wind Farm была установлена комбинированная плавучая волновая и ветровая электростанция. [165] [166] [167]
Международное энергетическое агентство (МЭА) под эгидой своей инициативы Offshore Code Comparison Collaboration (OC3) завершило высокоуровневое проектирование и имитационное моделирование системы OC-3 Hywind в 2010 году, ветровой турбины мощностью 5 МВт, которая будет установлена на плавучем буе , закрепленном на цепных швартовах, на глубине воды 320 метров. Платформа буя будет простираться на 120 метров под поверхностью, а масса такой системы, включая балласт , превысит 7,4 миллиона кг. [168]
VertiWind — это плавающая ветровая турбина с вертикальной осью , разработанная компанией Nenuphar [169] [ необходима полная ссылка ] , система швартовки и поплавок которой разработаны компанией Technip. [170] [ необходима полная ссылка ] [ необходим неосновной источник ] [171]
Tugdock Limited получает поддержку от агентства по развитию Корнуолла и островов Силли Marine-i, оказывающего поддержку платформе Tugdock, разработанной для содействия строительству и запуску плавучих ветровых турбин в открытом море. [172] [53]
{{cite book}}: |website=проигнорировано ( помощь )Ценность оффшорной ветроэнергетики обусловлена в первую очередь ее возобновляемыми свойствами и профилем генерации, который хорошо совпадает с вечерними и зимними потребностями сети в энергии, когда, по прогнозам, выбросы от оставшихся газовых установок будут самыми высокими. участок земли, который, вероятно, не будет доступен для долгосрочной аренды ни в одном порту Калифорнии, за исключением залива Гумбольдта.
заручилась поддержкой правительственных чиновников в штате Мэн для разработки демонстрационного ветрового парка в США с четырьмя полномасштабными морскими ветровыми турбинами.
