Широкая акватория

На рассвете глубоководной ветрогенерации
29.12.2022
Константин Честнов

Перспективы дальнейшего увеличения масштабов возобновляемой энергетики в развитых странах тесно связаны со строительством новых крупных морских ветропарков. Вслед за мореплавателями и нефтяниками на морские просторы выходят энергетики. Чтобы их смелые идеи и планы воплотились в реальность, требуется осваивать большие глубины, а это - непросто.

В Соединённых Штатах Америки, где почти две трети прибрежных ветровых ресурсов сосредоточены на глубоководных участках, необходимо развивать технологии строительства и эксплуатации ветровых энергетических установок (ВЭУ) на плавучих основаниях.

Правительство Великобритании, бывшей владычицы морей, поставило перед собой амбициозные цели по морской электрогенерации. Из проектов суммарной мощностью в 50 ГВт, которые намечено реализовать уже к 2030 году, десятая часть приходится на глубоководные.

В недавнем отчёте Глобального совета по ветровой энергетике (Global Wind Energy Council) морская ветрогенерация обозначена как перспективное направление и отмечается, что за небольшой группой пионерских энергокомпаний, уже размещающих в море коммерческие плавучие ветроустановки, последуют операторы ВЭУ на Западном побережье США, в Ирландии, Италии, Марокко и на Филиппинах.

Несмотря на то что в 2021 году по всему миру были введены в эксплуатацию морские ветропарки общей мощностью 21,1 ГВт, среди них плавучие системы насчитывали лишь 57 МВт. Почему так мало?

На чём стоим

Зарождающиеся технологии пробивают себе дорогу через многочисленные барьеры. Для глубоководной ветрогенерации один из них - выбор вида плавучего основания.

Существуют четыре вида опорных структур, пригодных для глубоководья: спар-буй, полупогружная платформа, платформа на натяжных опорах и обычная баржа.

Плавучие опорные структуры разных видов

Задача подбора наилучшего решения для конкретного морского участка и выбранных ветроустановок нетривиальна. Помимо всего прочего нужно минимизировать начальные и эксплуатационные расходы, снизить риски выхода ветровых турбин и систем их подсоединения к сети из строя. При этом можно предположить, что приоритет получат не технические характеристики, а эксплуатационные, поскольку именно они определяют затраты на обслуживание ветропарка за весь срок его действия.

Практика показывает, что сейчас, пока рынок ещё далёк от зрелости, решения о том, какой конкретно вариант или сочетание вариантов опор использовать в ветропарке, редко принимается на основе всестороннего анализа. Потому что на сегодня доступны единичные демонстрационные системы, созданные для того, чтобы продвинуть уже имеющуюся технологию, а не для того, чтобы предоставить заказчикам широкий выбор.

Где производим

С точки зрения производства плавучих опор важны такие вопросы, как расположение верфей, имеющаяся там инфраструктура, возможность хранить крупногабаритные конструкции и так далее. Например, корабелы Великобритании сегодня сильно ограничены в возможностях. Некоторые английские верфи собираются расширять свою инфраструктуру, но даже после этого британские заказчики наверняка будут вынуждены обращаться в страны Азии или Европы.

Проблемы с верфями сегодня выливаются в выбор бетонных конструкций вместо стальных там, где позволяют условия. Потому что заливка бетона требует от строителей меньшего уровня мастерства и меньше специального оборудования, чем сварка металла. Стальные конструкции можно изготовить и доставить на место будущей эксплуатации по частям, но при этом возникает риск ошибок и нестыковок при сборке.

Как обслуживаем

Затраты на эксплуатацию и ремонты плавучих ВЭУ сегодня трудно оценить из-за отсутствия полноценной статистики. В настоящее время плавучие основания вместе с отключённой турбиной буксируют на берег для обслуживания и ремонта. В будущем такой подход может оказаться неприемлемым, особенно если ветропарки сильно удалятся от побережий. Методики технического обслуживания и ремонта ветровых турбин на месте эксплуатации пока не отработаны.

Вероятно, проблема будет разрешена благодаря модификации конструкций ветровых турбин, а также созданию специальных судов и инструментов для сервиса ВЭУ в открытом море.

Новые сервисные суда должны быть электрическими, иначе получится полная ерунда: для обслуживания ветропарков, призванных помочь уйти от использования ископаемого топлива, требуется это самое топливо. Вполне логично заряжать судовые батареи прямо в море. Сервисные суда должны быть разработаны и построены в ближайшие годы.

Как считаем

Шотландия бросила вызов Норвегии и Китаю (лидерам в развитии глубоководной ветрогенерации) и наметила с 2030 года построить крупные морские ветропарки. Недавно прошли аукционы ScotWind по выдаче десятилетних лицензий на эксплуатацию ветропарков в шотландских прибрежных водах. Из проектов суммарной мощностью 24,8 ГВт около 15 ГВт приходится на плавучие системы. Готовящиеся аукционы INTOG и Celtic Sea могут добавить к этой сумме ещё 9,7 ГВт.

Положим для простоты, что общие планы Шотландии на строительство плавучих ветровых электростанций включают мощности в 25 ГВт. Это означает, что потребуется 1250 плавучих ВЭУ по 20 МВт. В проектах ScottWind записаны ветровые турбины мощностью от 18 до 20 МВт, которые ещё не существуют. Разработчики проектов сделали смелые предположения о том, что такие ВЭУ скоро появятся. Чтобы реализовать все шотландские проекты, в течение десяти лет с 2029 по 2039 годы нужно будет ежегодно производить по 125 турбин и такое же количество плавучих оснований для них (если на каждом основании будет располагаться одна турбина).

Возможности производства плавучих оснований зависят
от портовой инфраструктуры

Теоретически предложение плавучих оснований может превысить спрос, однако оно будет сдерживаться такими объективными факторами, как конкуренция за мощности верфей с другими проектами (включая производство тех же сервисных судов), ограниченные возможности хранения уже построенных конструкций, нехватка портовых и плавучих кранов. Уже сегодня ясно, что порты и верфи Шотландии смогут справиться с заказами только после дорогостоящей модернизации.

Выбор турбины влияет и на выбор её основания. Например, самоподъёмные гондолы типа SENSEWind могут монтироваться в море без помощи крупных судовых кранов, но требуют более устойчивого плавучего основания. Существуют концепты ВЭУ с жёстко закреплёнными гондолами, в которых ориентация винта по ветру достигается поворотом на воде всей плавучей платформы. Однако разнообразие конструкций сведёт на нет потенциальный выигрыш от массового производства. Ради успеха всей программы морской генерации рискованные инновации, видимо, стоит отложить.

Существует множество разных плавучих несущих конструкций, однако не все из них подойдут для условий конкурсов ScottWind. На сегодня неизвестно, какие конкретно виды оснований выберут обладатели лицензий на строительство ветропарков. Пока это не прояснится, нельзя сформировать цепочки заказов для поставщиков оборудования и предусмотреть адекватные инвестиции в расширение портов и верфей.

* * *

Сказанное не значит, что смелым планам не суждено быть реализованными. Желающих предложить свои услуги в строительстве новой энергетики хоть отбавляй. Индустрия глубоководной ветрогенерации находится в самом начале своего развития, и нет сомнений, что проблемы её роста будут так или иначе решены.

Источник: По материалам журнала Windpower Engineering

Читайте другие наши материалы