|
Duńskie rekordy
Piotr Olszowiec na podstawie artykułu:
Might and Majesty, "Power Engineering International"
4/2003.
(Energia Gigawat - listopad 2003)
Dynamiczny rozwój energetyki wiatrowej doprowadził
do szeregu znaczących osiągnięć technicznych. Rosnącemu wykorzystaniu
wielkich zasobów darmowej, odnawialnej energii towarzyszy podnoszenie
parametrów technicznych gigantycznych elektrowni wiatrowych. Najnowsze
osiągnięcia konstruktorów i budowniczych tego segmentu energetyki
przedstawiano wielokrotnie na łamach amerykańskiego miesięcznika
"Power Engineering International". W Danii, czwartym
co do wielkości producencie energii w elektrowniach wiatrowych,
udział źródeł odnawialnych osiągnie w bieżącym roku 27 proc.,
w tym wiatru ok. 18 proc. Kraj ten jest jednym z prekursorów wyprowadzenia
tego segmentu energetyki na "szerokie wody", zarówno
w przenośni, jak i w dosłownym znaczeniu tego określenia. Znaczna
w niektórych regionach kraju koncentracja dużych turbin wiatrowych,
jak i świadomość korzystniejszych warunków dla generacji wielkich
mocy na wodach przybrzeżnych, przesądziły o rosnącym zainteresowaniu
wykorzystaniem morskich zasobów wiatrowych. W 2002 r. duński rząd
zatwierdził plany budowy dwóch morskich farm wiatrowych. Dalsze
plany przewidują uruchomienie trzech kolejnych obiektów tego typu.
Decyzje te świadczą o determinacji tego kraju realizacji ambitnego
celu, jakim jest uzyskanie w 2030 r. mocy 4000 MW z energii morskich
wiatrów.
Pierwsza z morskich farm wiatrowych została
już oddana do ruchu w połowie 2003 r. na Morzu Północnym w odległości
14-20 km od miejscowości Esbjerg. To pierwsze, zrealizowane w
imponująco krótkim czasie ok. 6 miesięcy przedsięwzięcie, okazało
się od razu rekordowym w dziedzinie morskiej energetyki wiatrowej
na świecie. Licząca 80 turbin farma Horns Rev osiągnęła moc zainstalowaną
160 MW. Inwestorem kompleksu, który obecnie prowadzi również jego
eksploatację, jest największa duńska firma energetyczna Elsam.
Przedsiębiorstwo to zajmuje się rozwojem energetyki wiatrowej
już od 25 lat, zaś łączna moc jego ponad 500 turbin wiatrowych
przekroczyła 400 MW.
W budowie farmy Horns Rev partycypowała
także Eltra - operator systemu przesyłowego zachodniej Danii.
Koszt realizacji całej inwestycji wyniósł 289 mln dolarów. Morska
farma wiatrowa Horns Rev została wzniesiona na wodach przybrzeżnych
o głębokości 6,5-13,5 m. Każdą z osiemdziesięciu turbin zainstalowano
na wieży posadowionej na fundamencie zagłębionym na 22-24 m
w żwirowo-piaszczystej rafie. Transport i montaż słupów fundamentowych
był wykonywany w ciągu jednego dnia z użyciem specjalnego statku.
Jeszcze krócej, bo tylko 4 godz., trwało podnoszenie i ustawianie
turbiny na przygotowanej wieży. Operację tę wykonywano za pomocą
dźwigu zainstalowanego na specjalistycznym statku o podwodnych
łapach opierających się o dno morskie. Na farmie zainstalowano
turbiny wiatrowe typu V80-2.0 duńskiego producenta Vestas.
Wybrana spośród wielu złożonych ofert turbina
V80-2.0 odznacza się najkorzystniejszymi parametrami działania
i bogatym wyposażeniem pomiarowo-kontrolnym. W szczególności regulacja
kąta ustawienia każdej z trzech łopatek wirnika pozwala na optymalne
dostosowanie do zmiennych warunków atmosferycznych. Chociaż farma
wiatrowa została zaprojektowana do pracy z pełną mocą (oczywiście
z uwzględnieniem aktualnych parametrów wiatru), to najnowocześniejszy
układ zdalnego sterowania zapewnia ciągłą regulację wytwarzanej
mocy zgodnie z potrzebami systemu elektroenergetycznego. Turbiny
te mogą pracować przy prędkości wiatru nie przekraczającej 24
m/s; w trakcie wieloletnich obserwacji w rejonie rafy stwierdzono
jedynie sporadyczne przekraczanie tej granicy przy średniej wartości
na wysokości osi wirnika 9,7 m/s. Z kolei przy prędkościach mniejszych
od 4 m/s następuje samoczynne wyłączenie turbiny z uwagi na zbyt
niską moc napędową wiatru.
Poszczególne wieże usytuowano w odległościach
560 m od siebie, co zapewnia zarówno bezpieczny dostęp do urządzeń,
jak i nie zakłócone warunki pracy turbin. Obszar farmy obejmujący
20 km kw. jest położony z dala od torów żeglugi, dodatkowo dla
bezpieczeństwa odgrodzono go dodatkowymi palami wbitymi w dno
rafy. Projekt farmy wiatrowej nie napotkał sprzeciwu obrońców
środowiska, którzy ze zrozumieniem odnieśli się do planów wykorzystania
darmowej, czystej energii. Na budowie kompleksu skorzystają na
pewno okoliczni mieszkańcy, utrzymujący się w dużej mierze z ruchu
turystycznego. Już teraz pobliski las wiatraków przyciąga rosnącą
liczbę zaciekawionych gości. Trwają natomiast dyskusje na temat
poziomu odszkodowań dla rybaków za utracone prawa połowu na rozległym
terenie farmy. Prowadzone obserwacje pozwolą na zgromadzenie doświadczeń
w zakresie wpływu nowej infrastruktury morskiej na życie przybrzeżnej
fauny, które zostaną wykorzystane przy planowaniu następnych obiektów
tego rodzaju. Ustalono już, że turbiny farmy nie zwiększyły w
istotnym stopniu poziomu hałasu w nadmorskiej okolicy ponad naturalny
szum wiatru i fal.
O opłacalności inwestycji zadecydują w dużej
mierze koszty eksploatacji obiektu. Przy bezpłatnym paliwie, o
ich wysokości stanowią nieuniknione nakłady na konserwację i remonty
urządzeń. Najwyższą osiągalną przy obecnym stanie techniki dyspozycyjność
urządzeń wytwórczych farmy gwarantują najnowocześniejsze rozwiązania
sprawdzonej technologii. Przyczyni się do tego także ciągły monitoring
licznych parametrów pracy takich jak drgań, temperatury, ciśnienia,
prędkości obrotowej czy napięcia generatora. Nowością jest zastosowanie
mikrofonów, które umożliwiają doświadczonym specjalistom zdalną
identyfikację problemów w oparciu o zmiany emitowanego szumu.
Dostęp personelu remontowego jest możliwy zarówno z łodzi u podstawy
wieży jak i z helikoptera na platformę zabudowaną na kadłubie
turbiny. Wstępne założenia przewidują potrzebę trzech interwencji
personelu na każdej z turbin rocznie. Ocenia się, że minimalne
koszty obsługi farmy zapewni użycie dużego statku dla remontów
turbin oraz helikoptera do wykonywania mniejszych napraw i przeglądów.
Od początku w centrum uwagi projektantów obiektu były względy
bezpieczeństwa personelu wykonującego prace przy turbinach. Każda
z nich posiada pomieszczenie wyposażone w toaletę, śpiwory, zapas
żywności i wody pitnej, gaśnicę i apteczkę pierwszej pomocy. Wewnątrz
wieży zainstalowano windę, zaś na zewnątrz dodatkowe urządzenie
awaryjnej ewakuacji osób z poziomu wirnika do oczekującej na wodzie
łodzi.
Niestety, na razie temu imponującemu osiągnięciu
inżynierskiemu początku XXI wieku nie towarzyszy podobny sukces
ekonomiczny. W okresie przygotowania i realizacji inwestycji nastąpiły
w Danii gruntowne zmiany w sektorze energetycznym. Postępujący
proces liberalizacji doprowadził do ograniczenia dotowania generacji
ze źródeł odnawialnych, w wyniku czego farmy wiatrowe takie jak
Horns Rev nie przynoszą oczekiwanych zysków. Przy obecnej relacji
cen okres zwrotu tej inwestycji wydłużył się do 10 do 20 lat.
Mimo to dotychczasowe korzystne doświadczenia z budowy i eksploatacji
tej i innych przybrzeżnych farm wiatrowych otwierają im drogę
do ekspansji w szeregu krajów Zachodniej Europy i Ameryki Północnej.
Rosnącym potrzebom technicznym morskiej,
a także lądowej, energetyki wiatrowej wychodzą naprzeciw wytwórcy
dedykowanych urządzeń, zwłaszcza coraz większych turbin. Niemiecka
firma Enercon przeprowadziła w 2002 r. udane próby swojego prototypu
turbiny o mocy 4,5 MW, która stawia ją na czele największych urządzeń
tego typu na świecie. Z pomocą federalnego ministerstwa gospodarki
i licznych sponsorów skonstruowano turbinę typu E-112 o trzech
łopatach wirnika, z których każda mierzy ponad 52 m długości przy
masie 20 t. Średnica wirnika wynosi 112,8 m, zaś jego oś ma znajdować
się 100 m ponad ziemią. Według producenta, turbina ma osiągać
znamionową moc przy prędkości wiatru w zakresie 13-25 m/s, a największą
sprawność rzędu 45 proc. w przedziale 8-10 m/s. Kadłub turbiny
zmontowano z wielu części składowych na specjalnie przygotowanym
stanowisku do prób o wysokości 124 m ustawionym na farmie doświadczalnej
koło Magdeburga. Ciężkie podzespoły podnoszono na tę wysokość
za pomocą dwóch dźwigów wykorzystując bezwietrzne okresy. Testy
mechaniczne ze znacznym przekroczeniem parametrów znamionowych
potwierdziły prawidłowość przyjętego rozwiązania. Po przebadaniu
dwóch lub trzech następnych prototypów turbiny E-112 zostanie
uruchomiona produkcja z przeznaczeniem dla zarówno lądowych jak
i morskich farm wiatrowych.
Piotr Olszowiec na podstawie artykułu Might and
Majesty, "Power Engineering International" 4/2003. (Energia
Gigawat - listopad 2003)
|
