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.
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.
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
London Array будет генерировать большое количество электроэнергии, и подстанция нужна для того, чтобы обеспечить напряжение в 400 кВ, принятое в национальной высоковольтной сети электропередачи.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
Трансформаторная подстанция CLEVE HILL
Была построена новая береговая трансформаторная подстанция CLEVE HILL, недалеко от деревни Грэвени (Graveney), на северном побережье графства Кент.
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.
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.
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.
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.
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