Turbiny wiatrowe na morzu - "Elektrownie wiatrowe" Serwis Informacyjny

Koniec XX wieku odznaczał się rosnącym wykorzystaniem odnawialnych zródeł energii na świecie. Wiodące miejsce wśród zielonych" zródeł energii zajęła energetyka wiatrowa. Elektrownie wiatrowe wpisały się już na trwałe do krajobrazu wielu regionów Europy, położonych zwłaszcza nad Morzem Północnym. Silne wiatry znad Atlantyku sprzyjają dalszej ekspansji energetyki wiatrowej w Europie Zachodniej.

Nad Morzem Północnym i Bałtykiem farmy wiatrowe przemieszczają się z lądu na przybrzeżne wody. W porównaniu z terenami lądowymi, lokalizacja turbin wiatrowych na otwartym morzu posiada kilka wyraznych zalet:

- wiatry wykazują większą stabilność, umożliwiając bardziej efektywne wykorzystanie
- siła wiatru na morzu jest większa na niższej wysokości, co umożliwia użycie niższych wież
- wiatry przybierają na sile w miarę oddalania się od brzegu
- obszary morskie stwarzają więcej przestrzeni dla lokalizacji farm wiatrowych.

Dzięki tym zaletom wiatrowa energetyka morska będzie się, zdaniem ekspertów, rozwijać w najbliższych latach w niektórych krajach Europy Zachodniej. W samej Szwecji, gdzie już pracuje kilka przybrzeżnych farm wiatrowych, wznoszone są cztery następne morskie elektrownie wiatrowe, a budowa wielu innych jest planowana. W 2005 r. moc zainstalowana w szwedzkich elektrowniach na morzu zwiększy się z obecnego poziomu 13 MW do 650 MW.

Większość obecnych mocy wytwórczych szwedzkiej morskiej energetyki wiatrowej - ponad 10 MW - zlokalizowana jest w jednym miejscu o nazwie Utgrunden. Obiekt ten, w którym po raz pierwszy na świecie zainstalowano turbiny wiatrowe o mocy przekraczającej l MW na morzu, znajduje się na południowo-wschodnim wybrzeżu koło wyspy Oeland. W Utgrunden zainstalowano siedem turbin o mocy 1,5 MW (na zdjęciu) wykonanych przez firmę Enron Wind. Farma produkuje ok. 38.000 MWh rocznie. Utgrunden traktuje się jako prototyp dla następnych wielkich farm wiatrowych, które będą budowane w Skandynawii. Miejsce to wybrano z powodu wysokiej średniej prędkości wiatrów wynoszącej 18,75 mil/h na wysokości ok. 60 m oraz z powodu niewielkiego oddalenia od potencjalnych odbiorców i dogodnej infrastruktury sieciowej. Farma znajduje się w odległości 20 mil od miasta Bergkvara, gdzie usytuowano stację obsługi elektrowni. Moc elektryczna wyprowadzana jest na wyspę Oeland kablem podmorskim o napięciu 20 kV. Farma Utgrunden znajduje się na szelfie o głębokości zaledwie 6-10 m przy średniej głębokości Morza Bałtyckiego ok. 60 m. Trudne warunki atmosferyczne wymusiły specjalne dostosowanie turbin do środowiska morskiego. Adaptacja ta obejmuje w szczególności użycie specjalnych farb i powłok zabezpieczających przed rdzą, środków odwilżających urządzenia oraz wodoszczelnej obudowy turbiny.

Dla ułatwienia konserwacji i napraw zainstalowano stacjonarny system dˇwigów: projektanci ustalili, że taniej będzie wyposażyć każdą turbinę w oddzielny dˇwig niż transportować ją do stacji remontowej dla wymiany podzespołów. Ponadto każda wieża turbiny posiada własną kabinę umieszczoną ok. 10 m nad powierzchnią wody. Kabina ta zawiera urządzenia elektryczne takie jak transformator, przemiennik częstotliwości i urządzenia pomiarowo - regulacyjne, a ponadto służy za schronienie dla personelu (w tym również i dla noclegu). Turbiny na farmie Utgrunden wyposażono w najnowocześniejsze układy regulacji prędkości i napięcia. Układ regulacji może pracować w trybie zapewniającym utrzymanie stałego współczynnika mocy i zasilanie sieci mocą bierną. Ponieważ wiatr wieje ze zmienną siłą, to nagłe podmuchy mogą wywołać wahania napięcia. Zastosowany układ regulacji napięcia i mocy turbin zapewnia stabilne napięcie oraz produkcję energii elektrycznej o założonych parametrach. Przemiennik częstotliwości w sposób ciągły steruje mocą czynną i bierną wytwarzaną przez generator indukcyjny. Zastosowana w nim technika modulacji szerokości impulsów zapewnia nadążanie za zmianami w systemie. Elektroniczny układ modulacji gwarantuje szybkość regulacji napięcia rzędu milisekund.

Ponieważ Utgrunden wybudowano w większym oddaleniu od brzegu niż jakąkolwiek z poprzednich farm wiatrowych, to jej lokalizacja postawiła szereg unikalnych wyzwań w zakresie konstrukcji i montażu. Sprostano im dzięki zastosowaniu innowacyjnego rozwiązania fundamentu i technik montażowych. Dla przykładu fundament wieży turbiny w Utgrunden wykonano ze stalowej rury cylindrycznej o długości koło 30 m i średnicy 3m. Każdy z nich waży 140 ton i jest lżejszy o 50 ton od dotychczasowych fundamentów, które wykonywane były z użyciem betonu. Dotychczasowe fundamenty betonowe były budowane w suchych dokach, transportowane na miejsce i opuszczane na dno. Zmniejszenie ciężaru nowych słupów fundamentowych przyspieszyło znacznie proces montażu i obniżyło koszty. Montaż elektrowni wykonała belgijska firma morska Hydro Soil Sevice NV. Na budowie farmy wykorzystano dwie podnoszone platformy o udˇwigu 600 oraz 200 ton. Z tych platform wbito za pomocą hydraulicznego młota wspomniane słupy fundamentowe na głębokość 20 m w dno morza.

Z powodu trudności budowlanych, morskie farmy wiatrowe nie są konkurencyjne w porównaniu z lądowymi elektrowniami wiatrowymi. Koszty budowy podrażają wysokie opłaty za transport sprzętu i personelu oraz użycie ciężkiego sprzętu budowlanego. Osobne problemy stwarza budowa podwodnej linii kablowej.

Dotychczas budowa morskich farm wiatrowych była subsydiowana przez organizacje państwowe. Większe koszty obniżały ich atrakcyjność względem ich lądowych odpowiedników. Jednak sukces odniesiony przy budowie i eksploatacji farmy Utgrunden, może pomóc zmienić ten wizerunek.

Jedna z ostatnich morskich farm wiatrowych w Danii, która zostanie uruchomiona w końcu bieżącego roku, będzie posiadać moc 160 MW. Niewątpliwie spektakularne inwestycje na wodach skandynawskich zachęcą inne kraje do inwestowania w tę gałąˇ energetyki. Niestety koszty nie są jedyną barierą na drodze rozwoju morskiej energetyki wiatrowej. Musi ona stawić czoła także licznym przeciwnikom.

Obrońcy środowiska i rybacy obawiają się szkodliwego wpływu na życie morskie. Armia żywi obawy o bezpieczeństwo wybrzeży. Żegluga morska nie chce nowych przeszkód na torach wodnych, zaś lotnictwo obawia się kolizji nisko latających samolotów, helikopterów i spadochroniarzy z turbinami wiatrowymi. Wreszcie niektóre społeczności lokalne dostrzegają uciążliwość sąsiedztwa nowych obiektów energetycznych.

Drew Robb "Working with the elements"
tłum. Piotr Olszowiec

Wszelkie prawa zastrzeżone.
Created by Paweł Premicz 2000-2006 KVM