Мощнее, проще, лучше

Тенденции в строительстве морских ветропарков
24.03.2022
Алексей Батырь

Статистические успехи возобновляемой энергетики, выражаемые в быстром росте её рыночной доли и снижении нормированной стоимости электроэнергии, рисуют нам лишь часть картины. ВИЭ-генерация по-прежнему нуждается в повышении эффективности. Это особенно актуально для ветропарков в море, где энергетические компании несут большие расходы на строительство, обслуживание и ремонт энергоустановок. Снизить подобные расходы должны инновационные производственные технологии и новые методы проектирования энергооборудования.

Ключевой вопрос для офшорной энергетики сегодня - строительство фундаментов и опор, на которые приходится от 15 до 20% стоимости нынешних проектов. Тем более, что ветропарки «расползаются» всё дальше от побережий, а размеры и мощность ветроэнергетических установок (ВЭУ) увеличиваются. Новые опоры должны удерживать более крупные и массивные конструкции на всё больших глубинах в условиях разнообразных донных грунтов и усиленного волнения на море.

Крупные компоненты

В начале прошлого десятилетия лопасть длиной 45 метров считалась большой. Сегодня лопасти морских ВЭУ достигли вдвое большей длины. Выросла и масса гондол - несмотря на исключение из них редукторов в системах прямого привода. Прогнозы обещают дальнейшее увеличение этих параметров.

Башни ветроустановок прирастают в размерах, их диаметр уже нередко превышает 8,5 м. Параллельно совершенствуются способы закрепления опор на дне, присоединения к ним гондол и других частей ВЭУ. Новые строительные технологии позволяют использовать монополи (забитые или вкрученные в дно подводные опорные колонны) на глубинах до 55 метров.

Альтернативные фундаменты

В офшорной энергетике широко распространены фундаменты гравитационного типа (удерживаемые силой тяжести), традиционно устанавливаемые на мелководье (до 15 метров). Эксперты прогнозируют применение этих систем на больших глубинах, ссылаясь на простоту и относительную дешевизну конструктивных решений.

Виды оснований, опирающихся на дно

Разработаны и другие стальные конструкции, например «жакетные» и треножные, способные работать на глубине 25-50 метров. По мере развития ветроиндустрии в фундаментах помимо стали всё чаще будут использоваться разнообразные материалы с тем, чтобы экономить на закупках для строительства.

Плавучие основания для ветроустановок сегодня проходят испытания и готовятся к промышленному освоению. Показательно, что больше половины лицензий на морских участках, предоставленных энергетическим компаниям в рамках британской программы Scotwind, предусматривают применение плавучих оснований. Этот сектор, как говорится, обречён на быстрое развитие.

Устраняя лишнее

В морских ветровых турбинах новых конструкций исключается переходный элемент между монополем и башней. Это нововведение, снижающее затраты, несёт и определённые сложности. В частности, невозможно скорректировать отклонение монополя от вертикали, так что операторам плавучих буровых установок и кранов нужно действовать крайне точно. Кроме того, переходный элемент традиционно служил для крепления вспомогательных конструкций, таких как причалы и лестницы. А теперь их нужно монтировать непосредственно на башни ВЭУ.

Монтаж переходного элемента

Эти сложности вполне оправданны ускорением строительства, экономией на производстве и экологическим выигрышем. Во-первых, сокращается число ходок, которые нужно сделать при доставке частей турбины на будущее место её эксплуатации. И хотя монополь вырастает в размерах, стоит учесть, что при доставке крупногабаритных грузов действует принцип экономии на масштабах: большие суда при правильной эксплуатации экономичнее мелких.

Во-вторых, многометровые фланцы, используемые для присоединения каждого переходного элемента к монополю и к башне, нужно заказывать сильно заранее из-за длительного цикла их производства. После исключения переходного элемента фланцы становятся не нужны, что зачастую позволяет ускорить строительные проекты.

И хотя перечисленные изменения в технологии строительства морских ВЭУ кажутся незначительными, они очень ценны в условиях усиливающейся конкуренции.

Эффекты от новых технологий

По мере удаления ветропарков от берега и с ростом мощности ВЭУ увеличиваются и размеры поддерживающих их конструкций: гравитационные фундаменты и монополи становятся больше. Всё это требует дополнительных денежных и материальных ресурсов, которые должны возвращаться через повышенные объёмы электрогенерации. Это вполне реально: мощные турбины вдали от берега открыты всем ветрам. Важно, чтобы инвесторы не сомневались, что вложенные средства вернутся с лихвой.

На сегодня свыше 80% потенциальных офшорных ветроэнергетических ресурсов находятся в акваториях с глубиной 60 метров и больше. На таких глубинах фиксированные конструкции уже не годятся - нужно применять плавучие основания разных видов. Их развитие во многом определит темпы роста сектора морской электрогенерации на ближайшие годы.

Экономия на масштабах: доставка сразу двух подстанций

Нужно отметить и стоимостные преимущества гравитационных оснований, изготовленных из бетона вместо стали. Цены на чёрные металлы в последнее время резко выросли и сильно колеблются, что заставляет энергокомпании искать альтернативы.

В будущее с энтузиазмом

Конечно, стремление строить ветропарки быстрее и дешевле не гарантирует успеха. Этот подход нужно тщательно взвешивать, чтобы не снизились надёжность и способность ветропарков выдавать электрическую энергию при сильном волнении моря.

Например, эффект зашумлённости линий электропередачи постоянного тока, к которым подключено много энергоустановок, может наказать компании, слишком уж сфокусированные на сокращении расходов. Им придётся устанавливать дорогостоящие фильтры с высоковольтными конденсаторами.

Благодаря дальнейшему совершенствованию конструкций ветровых турбин и внедрению инноваций офшорная ветроиндустрия сможет уверенно развиваться, наращивая выработку и снижая усреднённую нормированную стоимость электроэнергии.

Источник: Windpower Engineering & Development

Читайте другие наши материалы