Снимка: Wind Catching Systems
Има огромен потенциал за генериране на възобновяема енергия навътре в океана. Но проектирането на турбини, които могат да оцелеят в бурни води, не е толкова просто.
Производителите на вятърни турбини работят вече десетилетия, за да овладеят една от най-мощните сили в природата. От наземни обекти към обекти навътре в морето, изграждайки все по-големи ротори с огромни перки, всяка от които вече е по-дълга от 10 лондонски автобуса наредени един до друг, те ще се опитат да достигнат нови висоти.
В безкрайното си търсене да уловят най-надеждните енергийни ветрове, инженерите сега се придвижват по-навътре в океана, към райони с по-дълбоки води, където е известно, че духат особено силни ветрове. За вятърните турбини навътре в морето - чиито основи са с фиксирано дъно и могат да се простират само на 60 метра под вода - такива зони са извън възможностите им. Но изглежда, че ново поколение плаващи машини ще промени това.
Според индустриалната организация Wind Europe, 80% от вятърни ресурси в европейските води са на места, които са твърде дълбоки, за да е икономически разумно изграждането на турбини с фиксирано дъно.
Плаващите турбини могат да открият огромни участъци от океана за производство на електроенергия. В момента различни дизайни на плаващи турбини се конкурират по цена и ефективност. Но е време да започнем да търсим победител, като се имат предвид милиардите долари инвестирани в плаващата морска вятърна индустрия и войната в Украйна, която успя да ускори отдалечаването ни от изкопаемите горива.
Допълнителен натиск идва и от нов доклад на Глобалния съвет за вятърна енергия (GWEC). Според него, въпреки рекордния брой на морски вятърни електроцентрали през 2021 г, на индустрията не ѝ достига това, което е необходимо за ограничаване на глобалното затопляне.
Същият съвет заявява, че вятърът, идващ от плаващите централи, е „един от ключовите промени“ в индустрията. Въпреки това, специалните инженерни предизвикателства при поставянето на вятърни турбини на плаващи платформи, където те трябва да се борят със суровите сили на бурните морета и непредсказуемото време, предизвикаха изненадващо разнообразие от потенциални решения.
Норвежката фирма Wind Catching Systems (WCS) влага пет години в разработването на техния дизайн за гигантска рамка с формата на гофрета, с не по-малко от 126 вятърни турбини с четири ротора. Цялата конструкция, висока колкото Айфеловата кула, ще се постави на плаваща платформа, подобна на тези, използвани в нефтената индустрия.
Снимка: Wind Catching Systems
Норвегия възнамерява да достигне 30 GW морска вятърна енергия до 2040 г. За целта трябва да се инсталират между 1500 и 2000 плаващи платформи, в случай, че всяка от тях носи по една традиционна турбина. „Можем да го направим с 400“, казва Оле Хегхайм, главен изпълнителен директор на WCS. Въпреки че, 126-те турбини в дизайна на WCS имат капацитет само от 1 MW всяка, те са разположени толкова близо, че всъщност си помагат да се захранват една друга.
В плътно инсталираните системи с многобройни ротори, пролуките между турбините позволяват на въздуха да преминава лесно покрай тях, което от своя страна помага да се изтегли повече въздух през самите ротори.
Още едно от предимствата на този дизайн е фактът, че ще са необходими по-малко кабели за свързване на плаващи турбини заедно. Всяка отделно плаваща турбина изисква собствен кабел, както и швартови въжета, които да ги държат на позиция.
Други компании показват дизайни, които изглеждат по-познати. Equinor, например, построи първата в света търговска плаваща вятърна електроцентрала край бреговете на Шотландия. Петте ѝ турбини са поставени върху плаващи цилиндри, наречени SPAR.
Компанията планира да изгради много по-голяма плаваща вятърна електроцентрала с капацитет от 1 GW край бреговете на Норвегия, като възнамерява да използва различен тип платформа, наречена Wind Semi. Тя е съставена от малък плосък триъгълник, плаващ във водата, с турбина, разположена в единия ъгъл.
Снимка: MODEC
Това е само началото. Говорител на Wind Europe казва, че настоящият капацитет на първите няколко плаващи вятърни електроцентрали в Европа (113 MW) се очаква да се утрои само за две години. До 2030 г. можем да очакваме да се инсталират 10 GW из целия континент – близо 100 пъти повече от сегашния капацитет и достатъчно за захранване на около 10 милиона домове.
„Влизаме в нова ера“, казва Шеймъс Гарви от университета в Нотингам, който е проектирал тип плаваща вятърна турбина, наречена TetraFloat. Тя е съставена от триъгълна пирамида, наклонена рязко на една страна, с ротор на върха.
Въпреки многобройните конкуриращи се дизайни в момента, според Гарви тези, които разчитат на възможно най-малко стомана може да имат най-добър шанс за успех.
Тъй като тази технология все още се развива, според него ще можем да видим и въвеждането на плаващи турбини с „извиване на тялото“. Това са турбини, които могат да се въртят на морската повърхност, за да се ориентират по-добре и да уловят пълната сила на вятъра. Съществуващите наземни и турбините навътре в морето, могат да въртят корпуса на машината в горната част на техните кули, за да направят това. Но ако искаме значително да намалим цената на плаваща турбина, вероятно ще трябва да се отдалечи от концепцията за висока кула към по-алтернативни дизайни, които изискват по-малко стомана.
„Все още не ми е ясно кой ще бъде победителят“, казва Алистър Макдоналд от Университета в Единбург.
Издръжливостта обаче ще бъде ключова, ако плаващите турбини трябва да оцелеят в бурните води, в които ще бъдат поставяни. „Това са невероятно враждебни места“, казва Макдоналд. „Все едно да се опитваш да строиш срещу Божиите сили.“
Бурните води ще са и една от причините да не е възможен достъп до плаващите турбини за дейности по поддръжка толкова често или толкова лесно, колкото при платформите с фиксирано дъно. В някои случаи, компаниите ще трябва да изтеглят турбините си до пристанище, за да извършват ремонти. Да не забравяме и окабеляването. Вероятно ще бъде по-дълго, по-обемно и по-дълбоко от окабеляването за съществуващи вятърни електроцентрали в морето. Тежкотоварните линии също трябва да бъдат достатъчно здрави, за да изискват минимална поддръжка през целия им живот. Всичко това е „едно истинско предизвикателство“, казва Макдоналд.
Ако приемем, че всички инженерни препятствия могат да бъдат преодолени, все още остава въпросът как тези гигантски инсталации в морето ще повлияят на дивата природа и екосистемите в океана. Едно проучване, публикувано наскоро, разглежда различни възможни рискове за морския живот от плаващите вятърни електроцентрали. Сред тези рискове са заплитането на животни в кабелите и умиращи птици при сблъсък с въртящите се ротори, което вече е известен проблем за някои наземни и морски вятърни централи.
„Въпреки че, трябва да действаме бързо, трябва внимателно да помислим как да го направим“, казва водещият автор Сара Максуел от Университета на Вашингтон.
Тя и нейните съавтори смятат, че заплитането с кабели няма да бъде сериозен проблем, до голяма степен заради самия диаметър на поставените кабели. Същите тези автори, оценяват риска от сблъсъци с плавателните съдове, използвани за инсталации и обслужване на вятърните електроцентрали, като „висок“, а рискът с летящи птици в турбините като „умерен“. От друга страна се предполага, че построяването на плаващи платформи ще бъде много по-тихо от инсталирането на такива с фиксирано дъно и следователно по-ненатрапчиво за морските бозайници, тъй като вече няма да е необходимо копаене на дълбоко.
В крайна сметка, технологията е толкова нова, че никой не може да бъде сигурен за ефектите, които ще има върху дивата природа, казва Максуел. Тя препоръчва обширен мониторинг на нови плаващи вятърни електроцентрали, за да се съберат данни за тяхното въздействие върху околната среда.
Няма съмнение, че хиляди плаващи турбини са на път. Но все още има твърде много „отворени въпроси“ за това как точно ще работят плаващите вятърни електроцентрали и как ще ги управляваме, казва Макдоналд. Състезанието е с цел намиране на отговори на тези въпроси и то бързо.