Ветряные генераторы в море

Глубоководные ветряные мельницы эффективнее добывают чистую энергию

Ветряные мельницы, которые стоят в воде, можно перемещать дальше от побережья. Новые платформы для башен позволяют ставить их на большой глубине: такое решение учитывает комфорт людей, которые недовольны, что живут вблизи ветряных мельниц. Директор проекта WindFloat Atlantic рассказал NYT о новых ветряных мельницах.

Читайте «Хайтек» в

Идея ставить ветряные мельницы в море появилась в начале 1990-х годов, так как для огромных конструкций нужно было много свободного места. Кроме этого, строительство приходилось согласовывать с местными жителями, которые не всегда воспринимали эту идею положительно. Разместить мельницы в воде было удобно всем сторонам. Позже появилась другая проблема: мельницы нельзя ставить слишком глубоко в воду, так как конструкция получится сильно громоздкой. Команда проекта WindFloat Atlantic нашла решение: новую конструкцию ставят на три 30-ти метровые колонны. При общей высоте конструкции в 200 метров, мельницу можно погрузить на стометровую глубину. В конце мая представители проекта WindFloat Atlantic поставили третью глубоководную башню в воды северо-запада Португалии.

За последние три десятилетия морской ветер усилился, поэтому использовать энергию ветра стало более выгодно. Несмотря на то, что на долю морских ветров по-прежнему приходится менее 1% мирового производства электроэнергии, за последнее десятилетие общие объемы добычи выросли почти на 30%, а отрасль стала одним из основных факторов производства электроэнергии в Северной Европе.

Насколько мощным оружием в борьбе с изменением климата может стать эта отрасль? По мнению аналитиков Международного энергетического агентства (International Energy Agency), которое находится в Париже, установка ветряных мельниц в воде будет иметь технический потенциал, если получит распространение по всему миру. Выработка электроэнергии является как источником выбросов, так и потенциальным средством их сокращения.

У побережья Великобритании заработала крупнейшая морская ветроэлектростанция мира.

Ветряные генераторы в море

Начавшая работать в понедельник ветроэлектростанция расположена в Северном море, на расстоянии 120 километров от берегов Англии. Ее мощность после завершения всех пуско-наладочных работ составит 1,2 гигаватта. Для сравнения: мощность одной из крупнейших электростанций России, Балаковской АЭС, составляет 4 гигаватта.

Ветроэнергетика за последние десятилетия из разряда экзотики перешла в основные источники электричества. Если в середине девяностых годов суммарная мощность всех ветроэлектростанций мира не превышала десятка гигаватт, то в середине нулевых она перевалила за 50 ГВт, а в 2016 году приблизилась к отметке 500 ГВт. Экспоненциальный рост с возрастанием мощностей на порядок за каждое десятилетие, очевидно, не может быть постоянным, но в 2018 году в строй ввели еще полсотни гигаватт мощности, то есть столько же, сколько работало на всей планете в нулевые годы.

Популярность энергии ветра обусловлена тем, что при ее использовании не нужно ни сжигать ископаемое топливо, ни утилизировать опасные радиоактивные отходы, ни затоплять ценные земли. Однако есть у нее и недостатки: ветрогенераторы шумят и вблизи жилья строить их нежелательно. Кроме того, ветер в определенном месте дует далеко не всегда и его сила постоянно меняется. Обе эти проблемы теоретически можно решить, если перенести ветряки в открытое море — ветер там есть практически всегда, да и шум людям не мешает.

Для этих целей практически идеально подходит Северное море вблизи берегов Британии — там ветрено и относительно неглубоко. Это позволяет тяжелым судам подойти близко к месту монтажа (для ветрогенератора с ротором диаметром 154 метра большие плавучие краны просто необходимы) и при этом обойтись без уходящих на сотни метров в воду сложных и дорогих опор. Подходящее место нашлось в 120 километрах от восточного берега Англии, и в 2016 году там началось сооружение первых турбин. 3 июня 2019 года первые 50 турбин из 174 дали первый ток.

Ветряные генераторы в море

Предполагается, что к 2022 году в этом же районе построят Хорнси-2 (ее мощность составит уже 1,8 ГВт вместо 1,2). И, возможно, Хорнси-3 на 2,4 гигаватта — правда, она сейчас только в стадии проектирования и может быть построена лишь к середине 2020-х.

Надо отдельно отметить, что везде под мощностью подразумевается электрическая мощность, которую установки могут выдать при благоприятных условиях, поэтому годовая выработка электричества окажется заметно меньше. Теоретически 21 гигаватт установленной мощности в Великобритании мог бы дать свыше 180 ТВт*часов в год, но на практике за 2018 год получилось всего 58 ТВт*часа.

Но даже с учетом штилей и простоев ветроэлектростанции в 2018 году дали Великобритании около шестой части (17,4%) всего потребляемого за год электричества. Относительно немалую долю составили и другие альтернативные источники: солнечные батареи — около четырех процентов и почти 11 процентов дало сжигание биотоплива вкупе с утилизацией свалочного газа.

Плавучие ветроэлектростанции — эффективный источник энергии

Ветряные генераторы в море

В Шотландии в 2015 году построили крупнейшую в мире плавучую ветроэлектростанцию с пятью турбинами по 6 МВт каждая. Теоретически она способна вырабатывать 30 МВт, в идеальных условиях. Размещается станция примерно в 25 км от берега. Правительство страны рассчитывало на то, что эта станция, которая получила название Hywind Scotland, может выдавать около 135 ГВт*ч в год.

Эта станция вместе с другими стала одним из залогов успеха энергетики Шотландии. В 2016 году, в августе, только ветряки выработали 106% необходимого региону электричества. Правда, тогда скорость ветра достигала 185 км/ч, что бывает очень нечасто. Спустя почти три года ветроэлектротанция продолжает показывать отличные результаты работы.

Ее эффективность за последние три месяца составляет 65% от 100% возможных. Кстати, идея конструкции и сама реализация проекта — заслуга не шотландцев, а норвежцев, которые и выполнили все необходимые работы, от начального проекта до ввода электростанции в эксплуатацию. И это была отличная работа, поскольку ветроэлектростанции США имеют несколько меньший коэффициент эффективности — около 36,7% на момент 2017 года. Даже у ГЭС он ниже, чем у шотландского объекта, и составляет 45,2%.

Правда, сравнивать эффективность ветроэлектростанции во время работы зимой, когда в Шотландии дуют сильные ветры, не слишком корректно. По словам конструкторов объекта, в летние месяцы, когда ветер уже не такой сильный, коэффициент эффективности составляет около 40%, что, в принципе, тоже очень неплохо. Достоинством плавучих ветроэлектростанций можно считать то, что их можно помещать в регионы моря или океана, где роза ветров способствует максимальной эффективности объекта. Собственно, это создатели таких станций и делают.

Hywind не зря построена норвежцами, у которых большой опыт в создании нефтяных платформ на море. Конструкция платформы электростанции аналогична нефтяным — для закрепления ее в определенном месте используются специальные штанговые якоря. Благодаря им и стало возможным разместить объект в 25 км от берега. В режиме максимальной производительности станция может обеспечить электричеством 20 000 домов.

Также Huwind может пережить суровый шторм, проблем у станции не возникает в этом случае. Она в состоянии работать даже в условиях экстремальных штормов, которые иногда возникают в зимние месяцы. Так, например, ураган Офелия не повредил станцию, хотя ветры и дули со скоростью в 125 км/ч. Другой шторм, случившийся в декабре, достиг скорости перемещения воздушных масс в 160 км/ч.

«В самых сложных ситуациях турбины автоматически блокируются, но их работа возобновляется, как только восстанавливаются оптимальные условия. Лопасти турбин выстраиваются в случае шторма под углом, который позволяет снизить нагрузку на оборудование до минимума», — комментирует ситуацию разработчик станции.

По мнению экспертов, к 2030 году стоимость мегаватта электричества, вырабатываемого плавучими ветроэлектростанциями, может снизиться до $50-70.

Стоит отметить, что в Шотландии размещается около 60% всех нефтяных месторождений в Европе. Несмотря на огромные запасы, страна все же думает о будущем и продвигает «зеленую» энергетику. Ну а по мнению аналитиков из Bloomberg New Energy Finance (BNEF), с 2025-го года потребление ископаемого топлива в мире начнёт снижаться, а к 2027-му году постройка новых солнечных и ветряных электростанций станет дешевле содержания уже существующих газовых и угольных.

Как устроена крупнейшая ветряная электростанция в мире

London Array является, несомненно, наиболее широко известной в Великобритании ветряной электростанцией в открытом море. Ее масштабы и близкое расположение к Большому Лондону (регион на юго-востоке Англии) вызывает большой интерес у политиков и прессы.

Ветряные генераторы в море

Проект на 1000 МВт является на сегодня крупнейшим в мире, ветряную электростанцию планируется построить в два этапа. London Array, как планируется, обеспечит энергией 750 000 домов — около четверти Большого Лондона — и сократит вредные выбросы CO2 на 1,4 млн. тонн в год. Таким образом, это будет благотворно сказываться на окружающей среде, а также поможет обеспечить надежное электроснабжение юго-восточной Англии.

Ветряные генераторы в море

Вот какие были разговоры:

По поводу же объема инвестиций концерны предпочитают пока помалкивать. Эксперты отрасли сходятся на том, что он составит примерно 2,5 млрд фунтов стерлингов (2,8 млрд евро). Подготовка проекта длится много лет, причем в последнее время представители E.ON выражали сомнения в его целесообразности, сетуя на ухудшение рамочных условий: в первую очередь резкое падение цен на нефть и газ сводило на нет преимущества связанных с использованием ветровой энергии проектов. Одновременно отмечался и значительный рост стоимости турбин.

Ветряные генераторы в море

Однако потом британское правительство просигнализировало о своей готовности усилить поддержку офшорных парков ветряков, которым будет теперь предоставляться больше, чем прежде, т.н. зеленых сертификатов (Renewable Obligation Certificates, ROC). Начиная с 2002 года британские производители электроэнергии используют эти ROC для подтверждения того, что из возобновляемых источников энергии они добывают положенное количество электроэнергии.

Нынче граница этой нормы находится в районе почти 10%. До сих пор действовало правило, согласно которому за каждый выработанный мегаватт экологически чистой электроэнергии производителю полагался один сертификат ROC.

Ветряные генераторы в море

В целях поощрения строительства дорогостоящих офшорных ветряков правительство Великобритании уже приняло решение стимулировать производство каждого экологически чистого мегаватта электроэнергии выдачей 1,5 ROC. В бюджете же на 2009—2010 годы кабинет кабинет пошел на большую щедрость, пообещав рассмотреть вопрос о возможности увеличения в период с 23 апреля 2009 года по 31 марта 2010 года этого норматива до 2 ROC за каждый мегаватт, а в рамках бюджета следующего года он будет установлен в размере 1,75 ROC.

Ветряные генераторы в море

В планах правительства Великобритании развитию возобновляемых энергий отводится значительное место, так что в осуществлении проектов типа London Array оно очень заинтересовано.

В настоящее время в разных странах Европы E.ON делает миллиардные инвестиции для развития производства электроэнергии на базе альтернативных источников энергии.

Ветряные генераторы в море

Ветряные генераторы в море

Строительство новой береговой подстанции в Клив Хилл началось в июле 2009 года, а в марте 2011 года проведены первые морские строительные работы, когда были установлены первые 177 платформ для проекта. Первая фаза строительства должна быть полностью завершена была к концу 2012 года. И вот недавно , после четырёх лет строительства одна из крупнейших ветряных ферм на планете — London Array — официально введена в эксплуатацию. Ветроэлектростанция, состоящая из 175 огромных ветряных турбин Siemens, расположилась на протяжении 20 км в прибрежной полосе графств Кент и Эссекс. Там же расположены две подстанции, еще одна находится на берегу.

Ветряные генераторы в море

Как все начиналось?

Проект London Array зародился в 2001 году, когда комплексное исследование в устье Темзы подтвердило возможность размещения на данной территории ветряной электростанции. Два года спустя Crown Estate предоставил London Array Ltd в аренду на 50 лет площадь под строительство и прокладку кабеля к берегу.

План морской ветряной электростанции мощностью 1 ГВт был утвержден в 2006 году, а разрешение на береговые работы было получено в 2007 году. Первый этап работы начался в июле 2009 года, когда началось строительство береговой подстанции в Клив Хилл в графстве Кент.

Ветряные генераторы в море

Первая фаза

– Площадь под проект 100км2
– 175 ветровых турбин
– Две морские подстанции
– Почти 450 км морского кабеля
– Одна береговая подстанция
– 630мВт электроэнергии
– Мощности хватит для обеспечения примерно 480 000 домов в год — две трети домов в графстве Кент
– Выброс CO2 уменьшится на 925 000 тонн в год.

Ветряные генераторы в море

London Array будет генерировать большое количество электроэнергии, и подстанция нужна для того, чтобы обеспечить напряжение в 400 кВ, принятое в национальной высоковольтной сети электропередачи.

Ветряные генераторы в море

Проект подстанции был избран по результатам конкурса летом 2006 года. Победивший проект разработан всемирно известной архитектурной фирмой RMJM (www.rmjm.com). Идея проекта заключалась в том, чтобы расположить подстанцию под прямым углом к дороге Saxon Shore Way. В результате, главной архитектурной особенностью подстанции является Северная Стена, которая достигает 10 м высоты и состоит из ряда бетонных панелей и стабилизаторов.

Расположение

Подстанция Клив Хилл находится вблизи деревни Грейвени, что составляет около 1 км вглубь от Северного побережья Кента. Строится подстанция рядом с 400 кВ воздушной линией электропередачи Кентербери-Кемсли на северной стороне Клив Хилл, рядом с существующими зданиями на Клив Фарм. Подстанция строится таким образом, чтобы вписаться в склон холма.

Ветряные генераторы в море

Строительство в 20 км от берега

Это является серьезной проблемой для построения любого морского ветропарка и London Array не является исключением. Расстояние от берега, сильные ветра и непредсказуемые морские условия делают эту территорию трудным местом для строительства.

Ветряные генераторы в море

К счастью, будет использоваться новейшая техника и оборудование, которое поможет завершить работу настолько безопасно и быстро, насколько это возможно. Работы в море начались в марте 2011 года, когда был установлен первый из 177 фундаментов.

Ветряные генераторы в море

Что же строиться?

Ключевые компоненты морской ветряной электростанции:
– Фундаменты для закрепления ветряных турбин в море
– Ветряные турбины
– Множество кабелей для совместного подключения группы турбин и соединения с морскими подстанциями
– Морские подстанции для повышения напряжения перед отправкой электроэнергии на берег
– Укладка кабеля по дну моря для соединения морских и береговых подстанций.

Ветряные генераторы в море

Управление морским строительством

Морские строительные работы в настоящее время управляются из временной базы строительства в порту Ramsgate. Строительство базы началось летом 2010 года, а строительная бригада переехала в здание в сентябре 2010 года. До 45 сотрудников будет работать во время морского строительства. Ожидается, что база останется до 2013 года, когда первый этап строительства будет завершен, и она может стать основой для второго этапа строительства в ближайшем будущем.

Ветряные генераторы в море

Кто же строит London Array?

London Array Limited – консорциум трех ведущих в мире компаний по использованию источников энергии, которые объединяют свой опыт и знания для разработки и строительства самой большой в мире морской ветряной электростанции.

Ветряные генераторы в море

Dong Energy — 50% акций проекта

DONG Energy (Дания) – ведущая европейская энергетическая группа. Она обеспечивает, производит, распределяет и торгует энергией и связанными с ней товарами по всей Северной Европе. DONG Energy является лидером рынка морских ветряных технологий, построившим около половины морских ветряных электростанций, работающих сегодня. DONG Energy активно участвует в производстве и пропаганде использования возобновляемых источников энергии в Великобритании. Компания участвует в строительстве трех новых крупных британских морских ветряных электростанций и управляет в настоящее время морскими ветряными электростанциями Gunfleet Sands (172 МВт), Burbo Bank (90 МВт) и Barrows (90 МВт).

Ветряные генераторы в море

E.ON — 30% акций проекта

E.ON (Германия) — одна из самых мощных в мире газовых компаний. Она — ведущий поставщик в Великобритании и обеспечивает энергией около 8 миллионов клиентов. E.ON участвует в строительстве и эксплуатации возобновляемых источников энергии с 1991 года, когда они вложили капитал в первую береговую ветряную электростанцию. Теперь они владеют и управляют 22 ветряными электростанциями в Великобритании, включая Scroby Sands на 60 МВт, морскую ветряную электростанцию недалеко от берега Грейт-Ярмута, и 60-турбинную ветряную электростанцию Robin Rigg в Solway Firth. Многие другие проекты находятся в стадии разработки.

Ветряные генераторы в море

Masdar — 20% акций проекта

Masdar (ОАЭ) компания по стратегическому развитию и инвестициям в технологии использования возобновляемых источников энергии. Компания выступает в качестве связующего звена между сегодняшней экономикой ископаемого топлива и энергетической экономией будущего – развития нового представления о том, как жить, и работать завтра.

Ветряные генераторы в море

Трансформаторная подстанция CLEVE HILL

Была построена новая береговая трансформаторная подстанция CLEVE HILL, недалеко от деревни Грэвени (Graveney), на северном побережье графства Кент.

Ветряные генераторы в море

Это было необходимо, так как London Array будет генерировать большое количество электричества, которое необходимо отправлять с моря прямо в национальную высоковольтную сеть с напряжением в 400 кВ.

Турбины для первой фазы вырабатывают 3.6 МВт каждая. Они изготовлены компанией Siemens Wind Power и оснащены новым 120 метровым несущим винтом Siemens.Высота оси каждой ветровой турбины составляет 87 метров над уровнем моря. Турбины имеют по три лопасти и генерируют электричество при скорости ветра в 3 метра на секунду.

Полная мощность достигает от 13 м/с. Из соображений безопасности, турбины прекращают свою работу, если ветер становится сильнее, чем 25 м/с – эквивалент шторма в 9 баллов.

Ветряные генераторы в море

Проект London Array играет ключевую роль в программе правительства Великобритании по выполнению целей по защите окружающей среды и возобновляемой энергии. Они включают в себя:

– снижение выбросов двуокиси углерода на 34% к 2020 году;
– производства 15% всей энергии с помощью возобновляемых источников энергии к 2015 году.

Ветряные генераторы в море

После завершения проекта, выбросы углекислого газа сократятся на 1,4 млн тонн в год. Первая фаза способна возместить 925 тыс.тонн СО2, которые будут компенсироваться каждый год, помогая решать последствия изменения климата и глобального потепления. London Array будет иметь общую мощность до 1000 МВт и будет генерировать электроэнергию на 750000 домов – что является четвертью всех домохозяйств в Большом Лондоне (регион, объединяющий два графства Большой Лондон и Лондонский Сити), или все дома в Кенте и восточном Сассексе. Мощность первой фазы проекта достаточная для подключения около 480 тыс домов, или две трети всех домов в Кенте.

Ветряные генераторы в море

Установка последней турбины на London Array является кульминационным событием огромного количества усилий и координации всех участвующих в проекте. Только за прошедший год были установлены 84 опоры, 175 ветряных турбин, 178 наборов кабелей и 3 экспортных кабеля. London Array сейчас находится в фазе ввода в эксплуатацию и тестирования оставшихся турбин, прежде чем передать их команде по эксплуатации и техническому обслуживанию в течении 2013 года.

Ветряные генераторы в море

Бэн Сайкс (Benj Sykes), глава британской компании DONG Energy’s UK Wind business, специализирующейся на ветровой энергетике, сказал: «Установка последней турбины это поворотный пункт для Великобритании и DONG Energy в истории этого передового проекта. London Array вскоре станет крупнейшей работающей морской ветровой электростанцией в мире. Создание морских ветровых электростанций такого же масштаба и крупнее в будущем позволит получать преимущества из их размера, что является важным элементом стратегии по снижению стоимости энергии.

Источник