Плавучие ветряные турбины могут выйти на рынок возобновляемых источников энергии.
Ветряные турбины можно найти повсюду, от тропиков до Арктики. Три десятилетия назад девелоперы начали устанавливать турбины на стационарных фундаментах в море, что вызвало рост рынка оффшорной ветроэнергетики, который в 2019 году вырос на 6,1 гигаватт.
В последнее время ветроэнергетика планирует установку турбин на плавучих платформах, а не на стационарных фундаментах. И в настоящее время «плавучий ветер» может стать одним из самых востребованных новых рынков возобновляемой энергии.
Что представляет собой плавучий морской ветер?
Ветряные турбины обычно устанавливают на неподвижном фундаменте в море. Но также ветряная турбина может быть закреплена на конструкции, которая плавает на поверхности воды. В этом случае, конструкция прикрепляется к морскому дну, чтобы не допустить ее передвижения.
Современные конструкции плавучих ветрогенераторов предусматривают использование стандартных морских турбин, кабелей и комплектующих. Основное различие между плавучей ветряной установкой и ветроконструкцией с фиксированным базированием заключается в том, что для последней ограничением является глубина воды не менее 50 м.
Как работает плавучий морской ветер?
Для того, чтобы турбины оставались в вертикальном положении, плавучие фундаменты основаны на «принципе айсберга», т.е. большая часть фундамента находится под водой.
В Hywind Scotland, единственной в мире коммерческой плавучей ветряной электростанции на сегодняшний день, каждая турбина Siemens SWT-6.0-154 имеет массу башни около 350 тонн и установлена на фундаменте с 6060 тоннами твердого балласта и содержит 13 230 тонн воды.
При условии, что вода под турбиной достаточно глубокая, форма фундамента не имеет большого значения. Однако на практике разработчики плавучих фундаментов сосредоточились на конструкциях, которые с точки зрения эксплуатации и обслуживания более простые и дешевые.
Сегодня на рынке лидируют четыре основных проекта. Каждый разработчик отстаивает свою концепцию и приводит веские аргументы в пользу своей технологии.
Используя опыт в нефтегазовой отрасли, Equinor (ранее Statoil) построила новаторскую плавучую платформу Hywind на основе конструкции лонжеронного буя, для устойчивости которой используется сила тяжести. Лонжеронный буй собирается по частям и простирается на глубину около 80 м, поэтому его можно устанавливать при глубине воды от 95 до 120 м.
Другие разработчики, такие как Principle Power и Hexicon, отдают предпочтение полупогружной платформе, которая для обеспечения устойчивости полагается на плавучесть и подходит для более мелких глубин. Однако большой размер конструкции ограничивает ее маневренность в портах.
Третий проект, отстаиваемый французским производителем фундаментов Ideol, представляет собой квадратную баржу, в которой есть демпфирующий бассейн для поддержания устойчивости турбины. Как и полупогружная модель, она подходит для мелководья. Ideol отмечает тот факт, что эта бетонная конструкция удобна с точки зрения эксплуатации.
Наконец, концепция, называемая натяжной платформой, опирается на натянутую швартовную систему для обеспечения устойчивости. Такие конструкции имеют меньшую площадь и потенциально дешевле, чем другие модели. Датская фирма Stiesdal Offshore Technologies возглавляет разработку этой технологии, которая называется TetraSpar.
Какая из этих конструкций выиграет?
Equinor была первой компанией, построившей коммерческую плавучую ветряную электростанцию, и на сегодняшний день ее проект Hywind имеет значительный опыт эксплуатации.
Норвежский энергетический гигант утверждает, что сокращение расходов между первым демонстрационным проектом у побережья Шотландии и коммерческой ветряной электростанцией мощностью 30 мегаватт составляет 70 процентов. Tampen, проект мощностью 88 МВт, который должен быть запущен у побережья Норвегии в 2022 году, сократит расходы на строительство еще на 50 процентов.
В феврале Себастьян Брингсверд, глава отдела развития плавучих ветроэнергетических установок Equinor, назвал целевую стоимость затрат на мегаватт-час к 2030 году от 40 до 60 евро (от 44 до 66 долларов США) за мегаватт-час. Такое быстрое снижение расходов может обеспечить Equinor преимущество на предстоящих тендерах по разработке плавучих ветровых генераторов для оффшорных проектов.
Но анализ предстоящих проектов, проведенный в мае 2019 года и сопоставленный IHS Markit, показал, что 90 процентов плавучих оффшорных ветроэнергетических мощностей, вероятно, будут установлены на полупогружных платформах, и лидером рынка будет Principle Power.
Как устанавливаются плавучие морские ветряные турбины?
Фундамент лонжеронного буя Equinor представляет собой полый стальной цилиндр, который можно буксировать на площадку, прежде чем он будет частично заполнен водой и балластом для сохранения вертикального положения. Последняя модель фундамента требует не менее 345 футов воды в вертикальном положении, поэтому установка турбины происходит в море, как и в случае традиционного фундамента.
При других конструкциях фундаментов требования к минимальной глубине намного ниже и поэтому установка турбины может происходить на берегу, затем полностью собранные турбины и фундамент отбуксированы на площадку, что значительно сокращает расходы.
Зачем вводить плавучие ветряные турбины?
Установка плавучих турбин дает разработчикам доступ к более глубоким водам, что расширяет выбор площадок и предоставляет больше потенциальных возможностей.
Согласно заявлению отраслевой организации WindEurope от 2017 года, около 60 процентов доступных морских ветроэнергетических ресурсов в США неподходят для турбин с фиксированным основанием, включая практически все Западное побережье.
В Европе плавучий морской ветер может обеспечить дополнительные 4 тераватта сверх уже лидирующего на континенте уровня фиксированной донной мощности. А в Японии плавучие фундаменты будут иметь решающее значение для развития морского ветроэнергетического сектора, который может обеспечить 500 гигаватт мощности.
Помимо способности улавливать огромные неиспользованные энергоресурсы, плавучие морские ветровые установки имеют значительные промышленные перспективы. Для США это отличный способ зайти на сектор возобновляемых источников энергии, на который страна пока не может претендовать. А европейские нефтяные и газовые компании, которые привержены переходу на новые возобновляемые виды энергии, рассматривают плавающий ветер как область, в которой их существующий опыт работы на шельфе может принести солидные дивиденды.
Участники игры?
На рынок в первую очередь выйдут европейские нефтегазовые компании. Наиболее ярким примером являются Equinor, Royal Dutch Shell и итальянский подрядчик Saipem, который представил платформу в прошлом году.
Французская Total приобрела 20-процентную долю в проекте Eolmed в Средиземном море, который будет использовать фундамент Ideol и турбины MHI Vestas.
Похоже, что эти игроки заинтересованы в партнерстве с целым рядом независимых разработчиков плавучих платформ, таких как Ideol, Principle Power и Stiesdal Offshore. В то же время крупные нефтяные компании могут заняться разработкой проектов и владением активами. В этом отношении они могут конкурировать с известными разработчиками морских ветряных электростанций Ørsted и Iberdrola.
Ørsted пока не раскрыл планы на установку плавучих оффшорных ветроэнергетических платформ, но EDP Renewables и Engie объединили усилия в проекте WindFloat Atlantic (наряду с испанской нефтегазовой компанией Repsol), а Iberdrola объявила о двух пилотных проектах в марте.
Что касается производителей ветряных турбин, то лидеры в этой области, такие как Siemens Gamesa, MHI Vestas и GE, избегают «тонкостей проектирования плавающих фундаментов», но им турбины, которые они выпускают, все чаще применяются в проектах для работы на плавучих платформах, и рыночный потенциал этих проектов впечатляет.
Куда движется рынок?
Плавучий ветер в открытом море набирает популярность на глобальном уровне. Даже в краткосрочной перспективе это может привести к изменениям в морской ветроэнергетике.
Например, американская компания Principle Power может сыграть ведущую роль в развитии отрасли, крупные европейские нефтегазовые компании стать игроками в ветроэнергетическом секторе, а Япония освоить прибрежную ветроэнергетику.