October 19, 2020
Turbiny wiatrowe na lądzie można znaleźć wszędzie, od tropików po Arktykę. Trzy dekady temu deweloperzy zaczęli umieszczać je na stałych fundamentach na morzu, wywołując wzrost rynku morskiej energetyki wiatrowej, który dodał 6,1 gigawatów nowej mocy w 2019 r.
Dawniej branża wiatrowa podjęła jeszcze ambitniejsze przedsięwzięcie: umieszczenie turbin na platformach pływających w wodzie, a nie na stałych fundamentach. Obecnie na skraju komercyjnej dojrzałości, pływające elektrownie wiatrowe mają potencjał, aby stać się jednym z najważniejszych nowych rynków energii odnawialnej.
Co to jest pływająca morska energia wiatrowa?
To prawie dokładnie to, na co wygląda. Zamiast umieszczać turbinę wiatrową na stałym fundamencie na morzu, mocuje się ją do struktury, która unosi się na wodzie. Konstrukcja ta jest przywiązana do dna morskiego, aby nie dryfowała w kierunku plaży lub szlaku żeglugowego.
Dzisiejsze projekty pływających elektrowni wiatrowych przewidują wykorzystanie standardowych turbin morskich, kabli eksportowych i materiałów równoważących instalację. Kluczową różnicą pomiędzy morską energią wiatrową o pływających i stałych fundamentach jest to, że te ostatnie są ograniczone do głębokości wody do około 165 stóp.
Jak działa pływająca morska energia wiatrowa?
Aby utrzymać turbiny w pionie, pływające fundamenty opierają się na zasadzie góry lodowej: Większość masy znajduje się pod wodą.
W Hywind Scotland, jedynej obecnie na świecie komercyjnej pływającej farmie wiatrowej, każda turbina Siemens SWT-6.0-154 ma masę głowicy wieży około 350 ton i spoczywa na fundamencie z około 6 060 tonami stałego balastu i wypornością około 13 230 ton.
Pod warunkiem, że woda pod turbiną jest wystarczająco głęboka, kształt fundamentu może nie mieć większego znaczenia. W praktyce jednak konstruktorzy fundamentów pływających skupiają się na projektach, które będą tanie w budowie i łatwe w obsłudze z punktu widzenia eksploatacji i konserwacji.
To wciąż pozostawia wiele miejsca dla wyobraźni: Każdy deweloper ma inną koncepcję i przekonujący argument, dlaczego jest ona najlepsza. Obecnie na rynku prym wiodą cztery podstawowe konstrukcje.
Korzystając ze swojego doświadczenia w przemyśle naftowym i gazowym, firma Equinor (dawniej Statoil) oparła swoją pionierską platformę pływającą Hywind na konstrukcji boi drzewcowej, której stabilność opiera się na grawitacji. Boja drzewcowa jest montowana w sekcjach i rozciąga się do około 260 stóp pod powierzchnią morza, co czyni ją odpowiednią dla głębokości wody pomiędzy około 310 a 390 stóp.
Inni deweloperzy, tacy jak Principle Power i Hexicon, faworyzują projekt półzanurzalnej platformy, która opiera się na pływalności dla stabilności i jest odpowiednia dla płytszych zanurzeń. Krytycy zauważają, że duże rozmiary tych konstrukcji mogą ograniczać możliwości manewrowania w portach.
Trzeci projekt, którego orędownikiem jest francuski producent fundamentów Ideol, to kwadratowa barka, która zawiera basen tłumiący, aby utrzymać stabilność turbiny. Podobnie jak model półzanurzalny, nadaje się on do płytszych wód, a Ideol podkreśla, że produkcja betonu jest przydatna z punktu widzenia lokalnej zawartości.
Na koniec, koncepcja zwana platformą z naprężonymi nogami opiera się na napiętym systemie cumowniczym w celu zapewnienia stabilności. Dzięki temu konstrukcja może mieć mniejszą powierzchnię i być potencjalnie tańsza niż konkurencyjne modele. Duńska firma Stiesdal Offshore Technologies jest liderem w rozwoju tej koncepcji z produktem o nazwie TetraSpar.
Który z tych projektów zwycięży?
Equinor był pierwszą firmą, która zbudowała pływającą farmę wiatrową na skalę komercyjną i do tej pory jej projekt Hywind jest jedynym, który ma znaczące osiągnięcia operacyjne.
Norweski gigant energetyczny twierdzi, że był w stanie obniżyć koszty do 70 procent między jego pierwszego projektu demo, u wybrzeży Szkocji, a jego 30-megawatowy komercyjnej farmy wiatrowej. W przypadku Tampen, projektu o mocy 88 MW, który ma zostać uruchomiony u wybrzeży Norwegii w 2022 roku, spodziewa się obniżenia kosztów fundamentów nawet o dodatkowe 50 procent.
W lutym Sebastian Bringsværd, szef działu rozwoju pływających elektrowni wiatrowych w Equinor, przytoczył cel dotyczący kosztów w wysokości 40 do 60 euro (44 do 66 dolarów) za megawatogodzinę do 2030 roku. Te szybkie obniżki kosztów mogłyby dać Equinorowi przewagę w nadchodzących przetargach na pływające morskie elektrownie wiatrowe.
Ale analiza z maja 2019 r. nadchodzących danych projektowych zestawionych przez IHS Markit wykazała, że 90 procent mocy pływających morskich elektrowni wiatrowych zostanie prawdopodobnie zainstalowanych na platformach półzanurzalnych, przy czym Principle Power jest liderem rynku.
Jak instalowane są pływające morskie turbiny wiatrowe?
Fundament boi drzewcowej firmy Quinor jest w istocie wydrążonym stalowym cylindrem, który może być odholowany na miejsce przed częściowym wypełnieniem wodą i balastem, aby zmusić go do pozostania w pozycji pionowej. Najnowsza wersja fundamentu wymaga co najmniej 345 stóp wody w pozycji pionowej, co oznacza, że instalacja turbiny będzie najprawdopodobniej odbywać się na morzu, tak jak w przypadku tradycyjnych fundamentów.
W przypadku innych projektów fundamentów minimalna wymagana głębokość jest znacznie mniejsza – więc instalacja turbiny mogłaby odbywać się na lądzie, a w pełni zmontowane turbiny i fundamenty byłyby następnie holowane na miejsce, co znacznie obniża koszty.
Dlaczego ktoś chciałby pływać turbiną wiatrową?
Umieszczenie turbin na pływakach daje deweloperowi dostęp do głębszych wód, co oznacza więcej potencjalnych miejsc realizacji projektu i dużo więcej potencjalnej mocy.
Jakieś 60 procent dostępnych morskich zasobów wiatrowych w Stanach Zjednoczonych jest poza zasięgiem turbin o stałym fundamencie dennym, w tym praktycznie całe Zachodnie Wybrzeże, zgodnie z oświadczeniem z 2017 roku wydanym przez organizację branżową WindEurope,
W Europie, pływające morskie wiatry mogłyby dostarczyć dodatkowe 4 terawaty ponad już wiodący poziom kontynentu z mocą ustaloną na dnie. A w Japonii pływające fundamenty będą miały kluczowe znaczenie dla rozwoju sektora morskiej energetyki wiatrowej, który może zaoferować 500 gigawatów mocy.
Poza zdolnością do przechwytywania ogromnych, niewykorzystanych zasobów energii, pływająca morska energetyka wiatrowa niesie ze sobą również znaczące obietnice przemysłowe. Dla USA może to być sposób na dostanie się do sektora odnawialnych źródeł energii, do którego kraj ten do tej pory ledwo był w stanie się zakwalifikować. Z kolei europejskie firmy naftowe i gazowe, które wydają się być coraz bardziej zaangażowane w transformację energetyczną, postrzegają pływające elektrownie wiatrowe jako obszar, w którym ich istniejące doświadczenie morskie może przynieść pokaźne dywidendy.
Kto wchodzi do gry?
Europejskie firmy naftowe i gazowe, na początek. Equinor jest najbardziej godnym uwagi przykładem, ale Royal Dutch Shell staje się ważnym graczem, a włoski wykonawca Saipem zaprezentował platformę w zeszłym roku.
Francuski Total wszedł na rynek w marcu, a wcześniej w tym miesiącu nabył 20 procent udziałów w projekcie Eolmed w basenie Morza Śródziemnego, który będzie wykorzystywał fundamenty Ideol i turbiny MHI Vestas.
Te podmioty wydają się być chętne do konkurowania lub partnerstwa z wieloma niezależnymi twórcami pływających platform, takimi jak Ideol, Principle Power i Stiesdal Offshore. Jednocześnie główne firmy naftowe mogą przejąć rolę dewelopera projektów i właściciela aktywów. W tym zakresie mogą konkurować z uznanymi deweloperami morskich farm wiatrowych, takimi jak Ørsted i Iberdrola.
Ørsted nie ujawnił jeszcze żadnych planów związanych z morską energetyką wiatrową, ale EDP Renewables i Engie połączyły siły w projekcie WindFloat Atlantic (obok hiszpańskiej firmy Repsol), a Iberdrola ogłosiła dwa projekty pilotażowe w marcu.
Na koniec należy wspomnieć o producentach turbin wiatrowych. Liderzy w dziedzinie morskich turbin wiatrowych, tacy jak Siemens Gamesa, MHI Vestas i GE, trzymają się z dala od zawiłości projektowania pływających fundamentów, ale nie muszą się o to martwić. Masywne turbiny, które wprowadzają na rynek, są coraz częściej projektowane do pracy daleko na morzu na pływających platformach, a potencjał rynku, na który patrzą, jest imponujący.
Gdzie zmierza rynek?
Niezależnie od tego, czy wystartuje w USA, nie ma wątpliwości, że pływające morskie elektrownie wiatrowe są na poziomie globalnym. Nawet w krótkim okresie może to doprowadzić do interesujących zmian w sektorze morskiej energetyki wiatrowej.
Na przykład amerykańska firma Principle Power może odegrać wiodącą rolę w rozwoju branży. Japonia mogłaby wreszcie rozwinąć morską energetykę wiatrową. A europejskie majors naftowe i gazowe mogą naprawdę zaistnieć jako gracze na rynku energii wiatrowej.