Havsbaserad vindkraft - Offshore wind power
Havsbaserad vindkraft eller havsbaserad vindkraft är utplacering av vindkraftverk placerade i vattendrag. Högre vindhastigheter finns tillgängliga offshore jämfört med på land, så offshore -jordbrukens elproduktion är högre per mängd installerad kapacitet och NIMBY -motståndet är vanligtvis svagare.
Till skillnad från den typiska användningen av termen "offshore" inom marinindustrin, omfattar vindkraft till havs kustområden som sjöar, fjordar och skyddade kustområden samt områden med djupare vatten. De flesta havsbaserade vindkraftparker använder vindkraftverk med fast grund på relativt grunt vatten. Från och med 2020 var flytande vindkraftverk för djupare vatten i den tidiga fasen av utveckling och distribution.
Från och med 2020 var den totala världsomfattande vindkraftskapaciteten till havs 35,3 gigawatt (GW). Storbritannien (29%), Kina (28%) och Tyskland (22%) står för mer än 75%av den globala installerade kapaciteten. 1.2 GW Hornsea Project One i Storbritannien var världens största havsbaserade vindkraftpark. Andra projekt i planeringsstadiet inkluderar Dogger Bank i Storbritannien på 4,8 GW och Greater Changhua i Taiwan med 2,4 GW.
Kostnaden för offshore har historiskt sett varit högre än på land, men kostnaderna sjönk till $ 78/MWh 2019. Vindkraft till havs i Europa blev priskonkurrenskraftig med konventionella kraftkällor 2017. Vindkraftgenerering till havs växte med över 30 procent per år i 2010 -talet. Från och med 2020 hade havsbaserad vindkraft blivit en betydande del av norra Europas elproduktion, även om den förblev mindre än 1 procent av världens totala elproduktion.
Historia
Kapacitet
.jpg)
Europa är världsledande inom havsbaserad vindkraft, med den första havsbaserade vindkraftparken ( Vindeby ) som installerades i Danmark 1991. År 2009 var den genomsnittliga namnskyltkapaciteten för ett havsbaserat vindkraftverk i Europa cirka 3 MW och framtida kapacitet turbiner förväntades öka till 5 MW.
En granskning från 2013 av de tekniska aspekterna av turbiner som de storlekar som används på land, inklusive de elektriska anslutningarna och omvandlarna, ansåg att industrin i allmänhet hade varit överoptimistisk när det gäller nytta-till-kostnadskvoten och drog slutsatsen att "vindkraftsmarknaden till havs inte se ut som om det kommer att bli stort ". År 2013 bidrog havsbaserad vindkraft till 1 567 MW av den totala 11 159 MW vindkraftskapaciteten som byggdes det året.
I januari 2014 hade 69 havsbaserade vindkraftparker byggts i Europa med en genomsnittlig årlig nominell kapacitet på 482 MW. Den totala installerade kapaciteten för vindkraftparker till havs i europeiska vatten nådde 6 562 MW. Den Storbritannien hade den i särklass största kapaciteten med 3681 MW. Danmark var tvåa med 1 271 MW installerat och Belgien var trea med 571 MW. Tyskland kom fyra med 520 MW, följt av Nederländerna (247 MW), Sverige (212 MW), Finland (26 MW), Irland (25 MW), Spanien (5 MW), Norge (2 MW) och Portugal (2 MW) ).
I slutet av 2015 hade 3230 turbiner vid 84 havsbaserade vindkraftparker i 11 europeiska länder installerats och nätanslutits, vilket ger en total kapacitet på 11 027 MW.
Utanför Europa hade den kinesiska regeringen satt upp ambitiösa mål om 5 GW installerad vindkraft till havs 2015 och 30 GW 2020 som skulle förmörka kapaciteten i andra länder. I maj 2014 var dock vindkraften till havs i Kina endast 565 MW. Offshore -kapaciteten i Kina ökade med 832 MW 2016, varav 636 MW tillverkades i Kina.
Marknaden för havsbaserad vindkonstruktion är fortfarande ganska koncentrerad. I slutet av 2015 hade Siemens Wind Power installerat 63% av världens 11 GW havsbaserade vindkraftskapacitet; Vestas hade 19%, Senvion kom trea med 8%och Adwen 6%. Cirka 12 GW havsbaserad vindkraftskapacitet var i drift, främst i norra Europa, med 3 755 MW som kom online under 2015. Från och med 2020 representerades 90% av den globala offshore -marknaden av europeiska företag.
År 2017 var den installerade vindkraftskapaciteten till havs över hela världen 20 GW. År 2018 stod havsvind endast för 0,3% av den globala elförsörjningen. Men bara 2018 utnyttjades ytterligare 4,3 GW havsbaserad vindkraftskapacitet på global nivå. I Danmark levererades 50% av elen från vindenergi 2018, varav 15% var offshore. Den genomsnittliga storleken på installerade turbiner var 6,8 MW 2018, 7,2 MW 2019 och 8,2 MW 2020.
Kostar
År 2010 sade US Energy Information Agency att "vindkraft till havs är den dyraste energigenererande tekniken som övervägs för storskalig distribution". Vindkraften till havs 2010 presenterade ekonomiska utmaningar betydligt större än landsystem, med priser i intervallet 2,5-3,0 miljoner Euro/MW. Det året var Siemens och Vestas turbinleverantörer för 90% av havsbaserad vindkraft, medan Ørsted A/S (då kallat DONG Energy), Vattenfall och E.on var de ledande offshore -operatörerna.
År 2011 uppskattade Ørsted att medan havsbaserade vindkraftverk ännu inte var konkurrenskraftiga med fossila bränslen, skulle de vara om 15 år. Fram till dess skulle statsfinansiering och pensionsfonder behövas. I slutet av 2011 fanns det 53 europeiska havsbaserade vindkraftparker i vatten utanför Belgien, Danmark, Finland, Tyskland, Irland, Nederländerna, Norge, Sverige och Storbritannien, med en driftskapacitet på 3 813 MW, medan 5 603 MW var under konstruktion. Havsbaserade vindkraftparker värda 8,5 miljarder euro (11,4 miljarder dollar) byggdes 2011 i europeiska vatten.
År 2012 uppskattade Bloomberg att energi från vindkraftverk till havs kostar € 161 ( MUSD 208 ) per MWh.
Kostnaderna för havsbaserad vindkraft minskar mycket snabbare än väntat. År 2016 låg fyra kontrakt ( Borssele och Kriegers ) redan under det lägsta av de beräknade 2050 -priserna.
Framtida utveckling
Prognoser för 2020 uppskattar en havsbaserad vindkraftpark på 40 GW i europeiska vatten, vilket skulle ge 4% av Europeiska unionens efterfrågan på el. Den European Wind Energy Association har satt ett mål på 40 GW installerad 2020 och 150 GW år 2030. Havsbaserad vindkraft kapacitet väntas nå totalt 75 GW i världen fram till 2020, med betydande bidrag från Kina och USA.
Den OECD (OECD) förutspådde 2016 att havsbaserad vindkraft kommer att öka till 8% av havsekonomin 2030, och att dess industri kommer att anställa 435.000 personer, lägga till $ 230 miljarder av värde.
I EU-kommissionen räknar med att havsbaserad vindkraft kommer att bli allt viktigare i framtiden, eftersom havsbaserad vindkraft är en del av sin gröna Deal . Utvecklingen av den fulla potentialen i Europas havsbaserade vindkraft är en av nyckelåtgärderna i avsnittet Ren energi i Green Deal.
Fram till 2050 är förväntningen att den installerade vindkraftkapaciteten till havs kommer att nå 1550 GW i en global skala. Jämfört med kapaciteten 2017 som motsvarar en 80-faldig ökning.
En av de framsteg som kännetecknar den nuvarande utvecklingen inom offshoreindustrin är teknik som möjliggör havsbaserade vindprojekt längre bort från stranden där vindtillgängligheten är högre. I synnerhet har antagandet av flytande grundteknik visat sig vara en lovande teknik för att låsa upp vindpotentialen på djupare vatten.
Ekonomi
Fördelen med att placera vindkraftverk offshore är att vinden är mycket starkare utanför kusterna, och till skillnad från vind över land kan vindar från havet vara starka på eftermiddagen och matcha den tid då människor använder mest el. Offshoreturbiner kan också placeras nära lastcentra längs kusterna, till exempel stora städer, vilket eliminerar behovet av nya långväga överföringslinjer. Det finns dock flera nackdelar med offshore -installationer, relaterade till dyrare installation, svårighet att komma åt och hårdare förhållanden för enheterna.
Att placera vindkraftverk offshore utsätter enheterna för hög luftfuktighet, saltvatten och saltvattenspray som påverkar livslängden negativt, orsakar korrosion och oxidation, ökar underhålls- och reparationskostnaderna och i allmänhet gör alla aspekter av installation och drift mycket svårare, tidskrävande , farligare och mycket dyrare än platser på land. Luftfuktigheten och temperaturen styrs av luftkonditionering i den förseglade nacellen. Hållbar höghastighetsdrift och produktion ökar också kraven på slitage, underhåll och reparation proportionellt.
Kostnaden för turbinen representerar bara en tredjedel till hälften av de totala kostnaderna för offshore -projekt idag, resten kommer från infrastruktur, underhåll och tillsyn. Kostnader för stiftelser, installation, elektriska anslutningar och drift och underhåll (O&M) är en stor andel av totalsumman för offshoreanläggningar jämfört med vindkraftparker på land. Kostnaden för installation och elektrisk anslutning ökar också snabbt med avståndet från land och vattendjup.
Andra begränsningar av havsbaserad vindkraft är relaterade till det fortfarande begränsade antalet installationer. Havsbaserad vindindustri är ännu inte helt industrialiserad, eftersom flaskhalsar i utbudet fortfarande finns från och med 2017.
Investeringskostnader
Havsbaserade vindkraftparker tenderar att ha större turbiner jämfört med installationer på land, och trenden går mot en fortsatt ökning i storlek. Ekonomin för vindkraftparker till havs tenderar att gynna större turbiner, eftersom kostnaderna för installation och nätanslutning minskar per producerad energienhet. Dessutom har havsbaserade vindkraftparker inte samma begränsning av storleken på vindkraftverk på land, till exempel tillgång på mark eller transportkrav.
Operations kostnader
Driftsutgifterna för vindkraftparker är uppdelade på underhåll (38%), hamnaktiviteter (31%), drift (15%), licensavgifter (12%) och diverse kostnader (4%).
Drift- och underhållskostnader motsvarar vanligtvis 53% av driftsutgifterna och 25% - 30% av de totala livscykelkostnaderna för havsbaserade vindkraftparker. O & M anses vara ett av de största hindren för vidareutveckling av denna resurs.
Underhåll av vindkraftparker till havs är mycket dyrare än för installationer på land. Till exempel kan en enda tekniker i en pickup snabbt, enkelt och säkert komma åt turbiner på land i nästan alla väderförhållanden, lämna sitt fordon och helt enkelt gå över till och in i turbintornet för att få tillgång till hela enheten inom några minuter att anlända på plats. Liknande tillgång till havsbaserade turbiner innebär körning till en brygga eller brygga, lastning av nödvändiga verktyg och tillbehör i båten, en resa till vindturbinen (erna), säkring av båten till turbinstrukturen, överföring av verktyg och tillbehör till och från båt till turbin och turbin till båt och utför resten av stegen i omvänd ordning. Förutom vanliga säkerhetsutrustningar som en mössa, handskar och skyddsglasögon kan en offshore-turbintekniker behöva bära flytväst, vattentäta eller vattentäta kläder och kanske till och med en överlevnadskostym om arbetet, havet och atmosfären går snabbt räddning vid fall i vattnet osannolikt eller omöjligt. Normalt krävs minst två tekniker som är skickliga och utbildade i att driva och hantera stora motorbåtar till sjöss för uppgifter som en tekniker med körkort kan utföra på land på en bråkdel av tiden till en bråkdel av kostnaden.
Kostnad för energi
Kostnaden för installerade offshoreturbiner sjönk 30% till $ 78/MWh 2019, en snabbare minskning än andra typer av förnybar energi. Det har föreslagits att innovation i stor skala skulle kunna ge 25% kostnadsreduktion i havsbaserad vind till 2020. Marknaden för vindkraft till havs spelar en viktig roll för att uppnå det förnybara målet i de flesta länder runt om i världen.
Auktioner under 2016 för framtida projekt har nått kostnader på 54,5 € per megawattimme (MWh) på 700 MW Borssele 3 & 4 på grund av regeringens anbud och storlek, och 49,90 € per MWh (utan överföring) på 600 MW Kriegers Flak .
I september 2017 tilldelades kontrakt i Storbritannien för ett lösenpris på £ 57,50 per MWh vilket gör priset billigare än kärnkraft och konkurrenskraftigt med gas.
I september 2018 tilldelades kontrakt för Vineyard Wind, Massachusetts, USA till en kostnad av mellan $ 65- $ 74 per MWh.
Havsresurser till havs
Havsresurser till havs är till sin natur både stora i storlek och mycket spridda, med tanke på förhållandet mellan planetens ytarea som täcks av hav och hav jämfört med landmassa. Vindhastigheter till havs är kända för att vara betydligt högre än för motsvarande plats på land på grund av frånvaron av landmassahinder och lägre ytjämnhet i vatten jämfört med landdrag som skogar och savann, ett faktum som illustreras av globala vindhastighetskartor som täcker både onshore och offshore områden med samma inmatningsdata och metodik. För Nordsjön är vindkraftenergin cirka 30 kWh /m 2 havsområde, per år, levererat till elnätet. Energin per havsområde är ungefär oberoende av turbinstorlek.
Den tekniska utnyttjbara resurspotentialen för havsbaserad vind är en faktor för den genomsnittliga vindhastigheten och vattendjupet, eftersom det bara är möjligt att generera el från havsresurser där vindkraftverk kan förankras. För närvarande kan havsbaserade vindkraftverk med fast grund installeras upp till cirka 50 meters havsdjup. Utöver det skulle flytande grundturbiner krävas, vilket möjligen möjliggör installation på upp till en kilometer djup baserat på föreslagen teknik. Baserat på en analys av livsdugliga vattendjup och vindhastigheter över sju meter per sekund (23 fot/s) har det uppskattats att det finns över 17 terawatt (TW) havsteknisk potential i bara de 50 studerade länderna, inklusive de flesta OECD -länder som Australien, Japan, USA eller Västeuropa. Välutrustade länder som Argentina och Kina har nästan 2TW respektive 3TW potential, vilket visar den stora potentialen för havsbaserad vind på sådana platser.
Planera och tillåta
Ett antal saker är nödvändiga för att uppnå nödvändig information för att planera driftsättningen av en havsbaserad vindkraftpark. Den första informationen som krävs är havsegenskaper. Ytterligare nödvändiga data för planering inkluderar vattendjup, strömmar, havsbotten, migration och vågverkan, som alla driver mekanisk och strukturell belastning på potentiella turbinkonfigurationer. Andra faktorer inkluderar marin tillväxt, salthalt, isbildning och de geotekniska egenskaperna hos havet eller sjöbotten.
Befintlig hårdvara för mätningar inkluderar Light Detection and Ranging ( LIDAR ), Sonic Detection and Ranging ( SODAR ), radar , autonoma undervattensfordon (AUV) och fjärrstyrd satellitavkänning, även om dessa tekniker bör utvärderas och förfinas, enligt en rapport från en koalition av forskare från universitet, industri och regering, som stöds av Atkinson Center for a Sustainable Future .
På grund av de många faktorerna är en av de största svårigheterna med havsbaserade vindkraftparker förmågan att förutsäga belastningar. Analysen måste redogöra för den dynamiska kopplingen mellan translationell (överspänning, svängning och svängning) och rotationsplattformsrörelser (rullning, stigning och yaw ) och turbinrörelser, liksom den dynamiska karakteriseringen av förtöjningslinjer för flytande system. Stiftelser och substrukturer utgör en stor bråkdel av havsbaserade vindsystem och måste ta hänsyn till var och en av dessa faktorer. Lastöverföring i injekteringsbruk mellan torn och fundament kan anstränga injekteringen, och elastomera lager används i flera brittiska sjöturbiner.
Korrosion är också ett allvarligt problem och kräver detaljerade konstruktionshänsyn. Utsikterna till fjärrövervakning av korrosion ser mycket lovande ut med hjälp av expertis som används av olje-/gasindustrin till havs och andra stora industrianläggningar.
Eftersom kraftproduktionseffektiviteten för vindkraftparker i vindkraft från havsbaserade vindkraftparker visade sig minska, kan strategiskt beslutsfattande behöva överväga gränsöverskridande gränser och potential för optimering.
Några av riktlinjerna för att utforma havsbaserade vindkraftparker är IEC 61400 -3, men i USA krävs flera andra standarder. I EU ska olika nationella standarder effektiviseras till mer sammanhängande riktlinjer för att sänka kostnaderna. Standarderna kräver att en lastanalys baseras på platsspecifika yttre förhållanden som vind, våg och strömmar.
Planerings- och tillståndsfasen kan kosta mer än 10 miljoner dollar, ta 5-7 år och få ett osäkert resultat. Branschen sätter press på regeringarna för att förbättra processerna. I Danmark har många av dessa faser avsiktligt effektiviserats av myndigheter för att minimera hinder, och denna policy har förlängts för kustvindparker med ett koncept som kallas 'one-stop-shop'. USA introducerade en liknande modell som heter "Smart from the Start" 2012.
I Europeiska unionen har det reviderade direktivet om förnybar energi från 2018 förenklat tillståndsprocessen för att starta vindprojekt.
Juridiskt ramverk
Installation och drift av havsbaserade vindkraftverk regleras i både nationell och internationell lag. Den relevanta internationella rättsliga ramen är UNCLOS (FN: s havsrättskonvention) som reglerar staternas rättigheter och ansvar när det gäller användningen av haven. Den marina zon havsbaserade vindkraftverk ligger i bestämmer vilka regleringsregler som gäller.
I territorialvattnet (upp till 12 nautiska mil från kustens baslinje) har kuststaten full suveränitet och därför är regleringen av vindkraftverk till havs helt under nationell jurisdiktion.
Den exklusiva ekonomiska zonen (upp till 200 nautiska mil från baslinjen) är inte en del av statens territorium utan omfattas av kuststatens exklusiva jurisdiktion och kontroll för utvalda ändamål, varav en är produktion av energi från vindar. Detta innebär att inom denna zon har kuststaten rätt att installera och driva vindkraftparker till havs och att upprätta säkerhetszoner runt dem som måste respekteras av alla fartyg, så länge som ett vederbörligt meddelande om installationen har lämnats. Varken installationer eller säkerhetszoner kan heller störa sjöbanor som anses vara avgörande för internationell navigering.
Bortom de exklusiva ekonomiska zonerna är det öppna havet eller det internationella vattnet . Inom denna zon nämns inte syftet med att producera energi uttryckligen som en fri havsfrihet och den juridiska statusen för vindkraftanläggningar till havs är därför oklar. Inom akademin har det hävdats att osäkerheten om den juridiska statusen för havsbaserade vindkraftverk på öppet hav kan bli föremål för interstatliga tvister om nyttjanderätten. Som en lösning har det föreslagits att vindkraftsanläggningar till havs kan införlivas som frihet vid hav genom att betraktas som fartyg eller konstgjorda öar , installationer och strukturer.
Från och med 2020 är energiproduktion från vindar på öppet hav ännu inte tekniskt genomförbar på grund av de komplikationer som följer av djupare vatten. Den avancerade tekniken för flytande vindkraftverk är dock ett steg mot förverkligandet av djuphavs vindprojekt.
Typer
Som en allmän regel anses fasta vindkraftverk till havs vara tekniskt livskraftiga i områden med vattendjup mindre än 50 meter (160 fot) och genomsnittliga vindhastigheter över 7 meter per sekund (23 fot/s). Flytande havsbaserade vindkraftverk anses vara tekniskt livskraftiga med vattendjup från 50 till 1 000 meter (160 till 3280 fot). Den visade kartan över Vietnam ger en uppskattning av den tekniska potentialen för det landet för både fast grund och flytande havsbaserade vindkraftverk beroende på vattendjupet.
Fast grund
Nästan alla som driver vindkraftparker till havs använder fasta grundturbiner, med undantag för några pilotprojekt. Fixerade fundament havsbaserade vindkraftverk har fasta fundament under vattnet och installeras i relativt grunt vatten på upp till 50 till 60 meter (160 till 200 fot).
Typer av undervattensstrukturer inkluderar monopil , stativ och mantel, med olika fundament på havsbotten inklusive monopil eller flera högar, gravitation bas och caissons . Offshore -turbiner kräver olika typer av baser för stabilitet, beroende på vattendjupet. Hittills finns det ett antal olika lösningar:
- De flesta stiftelser är monopil (enkel kolumn) bas, sex meter (20 fot) i diameter, används i vatten upp till 30 meter (100 fot) djupt.
- Konventionella stålmantelstrukturer, som används i olje- och gasindustrin, i vatten 20–80 meter djupt.
- Tyngdkraftsbasstrukturer, för användning på exponerade platser i vatten 20–80 m djupt.
- Stativstaplade strukturer , i vatten 20–80 m djupt.
- Stativsugning caisson strukturer, i vatten 20–80 m djup.
Monopiler upp till 11 meter (36 fot) i diameter vid 2 000 ton kan tillverkas, men de största hittills är 1 300 ton vilket är under 1500 ton -gränsen för vissa kranfartyg. De andra turbinkomponenterna är mycket mindre.
Den stativ högen konstruktion system är en nyare koncept som utvecklats för att nå djupare vatten än monopile-system, med djup upp till 60 m möjliga. Denna teknik består av tre monopiler sammanlänkade genom ett skarvstycke upptill. Den största fördelen med denna lösning är enkelheten i installationen, vilket görs genom att installera de tre monopilerna och sedan lägga till den övre fogen. Den större basen minskar också risken att välta.
En stålmantelkonstruktion kommer från en anpassning till vindkraftsindustrin till havs av koncept som har använts i olje- och gasindustrin i årtionden. Deras främsta fördel ligger i möjligheten att nå högre djup (upp till 80m). Deras främsta begränsningar beror på de höga bygg- och installationskostnaderna.
Flytande
För platser med djup över cirka 60–80 m är fasta fundament inte ekonomiskt eller tekniskt omöjligt, och flytande vindkraftverk förankrat till havsbotten behövs. Blue H Technologies , som slutligen förvärvades av Seawind Ocean Technology , installerade världens första flytande vindkraftverk 2007. Hywind är världens första fullskaliga flytande vindkraftverk, installerat i Nordsjön utanför Norge 2009. Hywind Scotland , togs i drift i Oktober 2017 är den första operativa flytande vindkraftparken, med en kapacitet på 30 MW. Andra typer av flytande turbiner har satts in och fler projekt planeras.
Vertikal axel
Även om den stora majoriteten av landbaserade och alla storskaliga havsbaserade vindkraftverk som för närvarande installeras är horisontella axlar , har vindkraftverk med vertikala axlar föreslagits för användning i offshore-installationer. Tack vare installationen offshore och deras lägre tyngdpunkt kan dessa turbiner i princip byggas större än turbiner med horisontella axlar, med föreslagna konstruktioner på upp till 20 MW kapacitet per turbin. Detta kan förbättra skalekonomin för vindkraftparker till havs. Inga storskaliga demonstrationer av denna teknik har dock installerats.
Turbin byggmaterial överväganden
Eftersom havsbaserade vindkraftverk ligger i hav och stora sjöar, måste materialen som används för turbinerna modifieras från de material som används för landbaserade vindkraftverk och optimeras för korrosionsbeständighet mot saltvatten och de nya lastkrafter som tornet upplever delvis är delvis nedsänkt i vatten. Med en av de främsta orsakerna till intresset för havsbaserad vindkraft är de högre vindhastigheterna, kommer några av lastskillnaderna att komma från högre skjuvkrafter mellan vindkraftverkets topp och botten på grund av skillnader i vindhastigheter. Det bör också finnas överväganden för de buffertbelastningar som kommer att upplevas av vågorna runt tornets bas, som konvergerar om användningen av stålrörstorn för havsbaserade vindapplikationer.
Eftersom havsbaserade vindkraftverk ständigt utsätts för salt och vatten, måste stålet som används för monopil- och turbintornet behandlas för korrosionsbeständighet, särskilt vid basen av tornet i "stänkzonen" för vågor som bryter mot tornet och i monopil. Två tekniker som kan användas inkluderar katodiskt skydd och användning av beläggningar för att minska korrosionskärning, vilket är en vanlig källa för väteinducerad spänningssprickning . För katodiskt skydd är galvaniserade anoder anslutna till monopilen och har tillräckligt med potentialskillnad med stålet för att företrädesvis korroderas över det stål som används i monopilen. Vissa beläggningar som har applicerats på havsbaserade vindkraftverk inkluderar varmzinkbeläggningar och 2-3 epoxibeläggningar med en polyuretantäckning.
Installation
Specialiserade jackup -riggar (Turbine Installation Vehicles) används för att installera fundament och turbin. Från och med 2019 byggs nästa generations fartyg som kan lyfta 3-5 000 ton till 160 meter. De stora komponenterna kan vara svåra att installera och gyroskop kan förbättra hanteringsprecisionen.
Ett stort antal monopilfundament har använts under de senaste åren för att ekonomiskt bygga havsbaserade vindkraftparker med fast botten på platser med grunt vatten. Var och en använder ett enda, allmänt stort diameter, grundläggande konstruktionselement för att stödja alla belastningar (vikt, vind, etc.) av en stor struktur ovanför ytan. Andra typer är stativ (stål) och tyngdkraftsunderlag (betong).
Den typiska konstruktionsprocessen för ett monopilfundament i ett havsbaserat vindkraftverk i sand inkluderar att använda en högförare för att driva en stor ihålig stålhög 25 meter djupt in i havsbotten, genom ett 0,5 meter (20 tum) lager större sten och grus för att minimera erosion runt högen. Dessa högar kan vara fyra meter (13 fot) i diameter med cirka 50 millimeter (2,0 tum) tjocka väggar. Ett övergångsstycke (komplett med förinstallerade funktioner som båtlandningsarrangemang, katodiskt skydd , kabelkanaler för marina kablar, turbintornfläns etc.) fästs på den nu djupt drivna högen, sanden och vattnet tas bort från mitten av högen och ersatt med betong . Ytterligare ett lager med ännu större sten, upp till 0,5 m i diameter, appliceras på havsbottnen för ett långsiktigt erosionsskydd.
För att underlätta installationen av tornen och anslutning till havsbotten installeras de i två delar, delen under vattenytan och delen ovanför vattnet. De två delarna av tornet förenas av ett övergångsstycke som är fyllt med en injekterad anslutning. Den fogade anslutningen hjälper till att överföra lasterna som turbintornet upplever till turbinens mer stabila monopilfundament. En teknik för förstärkning av injekteringsbruk som används i anslutningarna är att inkludera svetspärlor som kallas skjuvnycklar längs injekteringsanslutningens längd för att förhindra glidning mellan monopilen och tornet.
Nätanslutning
.jpg)
Det finns flera olika typer av teknik som utforskas som lönsamma alternativ för att integrera havsbaserad vindkraft i landnätet. Den mest konventionella metoden är överföringsledningar för högspänningsväxelström (HVAC). HVAC -överföringsledningar är för närvarande den vanligaste formen av nätanslutningar för vindkraftverk till havs. Det finns dock betydande begränsningar som hindrar HVAC från att vara praktiskt, särskilt när avståndet till havsbaserade turbiner ökar. För det första begränsas HVAC av kabelns laddningsströmmar, som är ett resultat av kapacitans i kablarna. Undersea -AC -kablar har en mycket högre kapacitans än AC -kablar, så förluster på grund av kapacitans blir mycket mer signifikanta och spänningsstorleken vid mottagningsänden på överföringsledningen kan skilja sig väsentligt från storleken vid genereringsänden. För att kompensera för dessa förluster måste antingen fler kablar eller reaktiv kompensation läggas till systemet. Båda dessa tillför kostnader till systemet. Eftersom HVAC -kablar har både verklig och reaktiv effekt som flödar genom dem kan det dessutom finnas ytterligare förluster. På grund av dessa förluster är underjordiska HVAC -ledningar begränsade i hur långt de kan sträcka sig. Det maximala lämpliga avståndet för HVAC -överföring för havsbaserad vindkraft anses vara cirka 80 kilometer.
Att använda kablar med högspännings likström (HVDC) har varit ett föreslaget alternativ till användning av HVAC-kablar. HVDC -överföringskablar påverkas inte av kabelns laddningsströmmar och upplever mindre strömförlust eftersom HVDC inte överför reaktiv effekt. Med mindre förluster kan undervattens HVDC -linjer sträcka sig mycket längre än HVAC. Detta gör HVDC att föredra för att placera vindkraftverk mycket långt utanför havet. HVDC kräver emellertid kraftomvandlare för att ansluta till nätnätet. Både linjekommuterade omvandlare (LCC) och spänningskällomvandlare (VSC) har övervägts för detta. Även om LCC är en mycket mer utbredd teknik och billigare, har VSC många fler fördelar, inklusive oberoende aktiv effekt och reaktiv effektstyrning. Ny forskning har lagts på att utveckla hybrid HVDC -teknik som har en LCC ansluten till en VSC via en likströmskabel.
För att transportera energin från havsbaserade vindkraftverk till landanläggningar måste kablar placeras längs havsbotten. Kablarna måste kunna överföra stora mängder ström effektivt vilket kräver optimering av de material som används för kablage samt bestämning av kabelbanor för användning av en minimal mängd kabelmaterial. Ett sätt att minska kostnaden för kablarna som används i dessa applikationer är att omvandla kopparledarna till aluminiumledare, men den föreslagna ersättningen ger upphov till en fråga om ökad kabelrörelse och potentiell skada eftersom aluminium är mindre tätt än koppar.
Underhåll
Turbiner är mycket mindre tillgängliga när de är offshore (kräver användning av ett servicefartyg eller en helikopter för rutinmässig åtkomst och en jackup -rigg för tung service som byte av växellådor), och därför är tillförlitligheten viktigare än för en turbin på land. Vissa vindkraftparker som ligger långt från möjliga landbaser har serviceteam som bor på plats i boendealternativ till havs . För att begränsa effekterna av korrosion på vindkraftverkens blad appliceras ett skyddstejp av elastomera material, även om droppens erosionsskydd ger bättre skydd mot väder och vind.
En underhållsorganisation utför underhåll och reparationer av komponenterna och spenderar nästan alla sina resurser på turbinerna. Det konventionella sättet att inspektera bladen är att arbetare rapplar ner bladet och tar en dag per turbin. Vissa gårdar inspekterar bladen på tre turbiner per dag genom att fotografera dem från monopilen genom ett 600 mm objektiv och undvika att gå upp. Andra använder kameradrönare .
På grund av deras avlägsna natur kommer prognoser och hälsoövervakningssystem på havsbaserade vindkraftverk att bli mycket mer nödvändiga. De skulle möjliggöra bättre planering just-in-time underhåll, och därmed minska drifts- och underhållskostnaderna. Enligt en rapport från en koalition av forskare från universitet, industri och regering (med stöd av Atkinson Center for a Sustainable Future ), skulle fältdata från dessa turbiner tillgängliga vara ovärderliga för att validera komplexa analyskoder som används för turbinedesign. Att minska denna barriär skulle bidra till utbildning av ingenjörer som är specialiserade på vindenergi.
Avveckling
När de första vindkraftparkerna till havs når sitt slut, utvecklas en rivningsindustri för att återvinna dem till en kostnad av 2-4 miljoner DKK (300 000-600 000 USD) ungefär per MW, som garanteras av ägaren. Den första havsbaserade vindkraftparken som avvecklades var Yttre Stengrund i Sverige i november 2015, följt av Vindeby 2017 och Blyth 2019.
Påverkan på miljön
Havsbaserade vindkraftparker har mycket låg global uppvärmningspotential per producerad el, jämförbar med vindkraftparker på land. Offshore-installationer har också fördelen av begränsad påverkan av buller och på landskapet jämfört med landbaserade projekt. Dessutom finns det i några få lokala fall bevis på att vindkraftsanläggningar till havs har bidragit till att återställa skadade ekosystem genom att fungera som konstgjorda rev .
Medan havsbaserad vindindustri har växt dramatiskt under de senaste decennierna, finns det fortfarande en stor osäkerhet i samband med hur konstruktionen och driften av dessa vindkraftparker påverkar marina djur och den marina miljön. Vanliga miljöhänsyn i samband med havsbaserad vindutveckling inkluderar:
- Risken för att sjöfåglar drabbas av vindkraftverk eller förflyttas från kritiska livsmiljöer;
- Undervattensbuller som är förknippat med installationsprocessen för att driva monopilturbiner till havsbotten;
- Den fysiska närvaron av vindkraftparker till havs som förändrar beteendet hos marina däggdjur, fiskar och sjöfåglar med attraktion eller undvikande;
- Den potentiella störningen av närfältet och farfältmiljön från stora havsbaserade vindprojekt.
- Risken för invasiv artintroduktion vid bogsering av fundament från hamn till plats.
Eftersom havsbaserad vind är en relativt ny industri finns det ännu varken bevis på de långsiktiga miljöpåverkan från havsbaserad vindaktivitet eller några studier om de kumulativa effekterna på flera marina aktiviteter i samma område.
Den Tethys Databasen ger tillgång till vetenskaplig litteratur och allmän information om eventuella miljöeffekter av vindkraft till havs.
Största havsbaserade vindkraftparker
Projekt
De flesta av de pågående projekten är i europeiska och östasiatiska vatten.
Det finns också flera föreslagna utvecklingar i Nordamerika. Projekt är under utveckling i USA i vindrika områden på östkusten, Great Lakes och Stillahavskusten. I januari 2012 introducerades en "Smart for the Start" regleringsmetod, som är utformad för att påskynda lokaliseringsprocessen samtidigt som den innehåller starka miljöskydd. Närmare bestämt godkände inrikesdepartementet ”vindkraftsområden” utanför kusten där projekt kan gå snabbare genom godkännandeprocessen. Den första havsbaserade vindkraftparken i USA är 30 megawatt, 5 turbiner Block Island Wind Farm som togs i drift i december 2016. Många sportfiskare och marinbiologer tror att baserna för de fem 6 megawatt vindkraftverk utanför Block Island agerar som ett konstgjort rev.
En annan havsbaserad vindkraftpark som är i planeringsfasen ligger utanför Virginia Beach . Den 3 augusti 2018 tillkännagav Dominion Energy sitt två vindturbinpilotprogram som kommer att ligga 27 miles offshore från Virginia Beach. Området genomgår en undersökning som kommer att pågå i 4–6 veckor.
Kanadensisk vindkraft i provinsen Ontario driver flera föreslagna platser i Great Lakes , inklusive den avbrutna Trillium Power Wind 1 cirka 20 km från land och över 400 MW i kapacitet. Andra kanadensiska projekt inkluderar ett på Stillahavets västkust.
Indien tittar på potentialen för vindkraftverk till havs, med en demonstrationsanläggning på 100 MW som planeras utanför Gujarats kust (2014). År 2013 startade en grupp organisationer, ledd av Global Wind Energy Council (GWEC), projektet FOWIND (Facilitating Offshore Wind in India) för att identifiera potentiella zoner för utveckling av vindkraft till havs i Indien och för att stimulera FoU-aktiviteter i detta område. År 2014 gav FOWIND i uppdrag att Center for Study of Science, Technology and Policy (CSTEP) att genomföra förundersökningar i åtta zoner i Tamil Nadu som har identifierats ha potential.
Havsbaserad vindkraft efter land
De flesta havsbaserade vindkraftparker finns för närvarande i norra Europa. Enbart Storbritannien och Tyskland stod för ungefär två tredjedelar av den totala vindkraftskapacitet till havs som installerades över hela världen 2016. Andra länder, till exempel Kina, expanderar snabbt sin vindkraftskapacitet till havs.
| Rang | Land | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Storbritannien | 5 156 | 6651 | 7 963 | 9 723 | 10 428 |
| 2 | Kina | 1627 | 2788 | 4,588 | 6 838 | 9 996 |
| 3 | Tyskland | 4 108 | 5,411 | 6 380 | 7 493 | 7 689 |
| 4 | Nederländerna | 1 118 | 1 118 | 1 118 | 1 118 | 2 611 |
| 5 | Belgien | 712 | 877 | 1,186 | 1,556 | 2 261 |
| 6 | Danmark | 1 271 | 1 268 | 1 329 | 1 703 | 1 703 |
| 7 | Sverige | 202 | 202 | 192 | 191 | 192 |
| 8 | Sydkorea | 35 | 38 | 73 | 73 | 136 |
| 9 | Taiwan | 0 | 8 | 8 | 128 | 128 |
| 10 | Vietnam | 99 | 99 | 99 | 99 | 99 |
| 11 | Japan | 60 | 65 | 65 | 85 | 85 |
| 12 | Finland | 32 | 92 | 87 | 71 | 71 |
| 13 | Förenta staterna | 30 | 30 | 30 | 30 | 42 |
| 14 | Irland | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 |
| 15 | Portugal | 25 | ||||
| 16 | Spanien | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 17 | Norge | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 18 | Frankrike | 0 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Totalt i världen | 14 482 | 18 658 | 23 140 | 29 142 | 35 500 |
Se även
- Lista över vindkraftparker till havs
- Listor över vindkraftparker till havs efter vattenområde
- Okonventionella vindkraftverk