За последние годы в ряде стран были установлены оффшорные ветряные электростанции. Такие ветропарки «улавливают более сильные ветра и не приводят к сокращению земельных площадей». Однако к недостаткам морских ветряных электростанций относится повреждение морского дна во время установки и прокладка дорогостоящих подводных кабельных соединений между ветряными турбинами и берегом.
Последняя платформа первой в мире полупогружной плавучей ветряной электростанции отправляется из порта Ферроль.
Португалия выбрала другой подход при установке оффшорных ветряных электростанций. Так была разработана морская ветряная электростанция WindFloat Atlantic (WFA), которая считается первой морской плавучей ветряной электростанцией в континентальной Европе. Этот проект способствует достижению одновременно двух целей в области климата и энергетики на 2020 год, установленных Европейской директивой по возобновляемым источникам энергии в 2018 году. Этот проект направлен как на сокращение выбросов парниковых газов, так и на стимулирование развития возобновляемых источников энергии.
Плавучие платформы.
Ветряная электростанция WFA состоит из трех ветряных турбин, поддерживаемых тремя полупогружными плавучими конструкциями. Конструкция основана на технологии WindFloat, разработанной Principle Power Inc. Эта технология позволяет расширить возможности нефтебуровых платформ для использования энергии морского ветра. Основные особенности этой технологии:
- Она позволяет устанавливать ветряные турбины мощностью в несколько мегаватт на глубине более 50 м (164 фута).
- Каждая ветряная турбина работает на верхней части плавучей платформы, пришвартованной к морскому дну тросами и цепями, что гарантирует ее устойчивость.
- Система устраняет необходимость сложных морских операций, связанных с построением традиционных стационарных конструкций, тем самым снижая ее воздействие на окружающую среду.
- Платформа и ветряная турбина собираются в порту, а затем буксируются к месту их размещения.
Поэтому большие корабли, которые медленнее и дороже, для перевозки не используются.
Платформа производства компании Navantia-Windar в Ferrol's Port.
Одной из новых особенностей этой технологии является тип платформы: она треугольная, полупогружная и пришвартована к морскому дну. Каждая платформа имеет три соединенных между собой вертикальных колонны, к одной из которых прикреплена башня ветряной турбины. Их устойчивость усиливается затворной системой, которая заполняет основание трех колонн водой, в сочетании со статической и активной балластной системой.
Подробное описание конструкции и эксплуатации платформы:
- Каждая из трех колонн имеет высоту 29 м и диаметр 12 м. Колонны расположены в форме равностороннего треугольника длиной 53 м, обеспечивающего плавучесть для поддержки ветряной турбины.
- Горизонтальные плиты расположены у основания колонн, чтобы увеличить инерцию конструкции и ограничить ее движения во время морского шторма. Эти плиты крепятся к колоннам трубчатыми металлическими конструкциями.
- Статический балласт, состоящий из воды в нижней части колонн, увеличивает осадку конструкции и уменьшает количество материалов, используемых для ее строительства.
- Активный балласт, расположенный в верхней половине каждой колонны, распределяет воду между колоннами, чтобы компенсировать напряжение, создаваемое силой ветра на ветряную турбину. Его цель - поддерживать ветряную турбину в вертикальном положении для оптимизации ее работы.
- Платформы могут перегрузить до 200 тонн балласта примерно за 30 минут. Этот метод заключается в использовании резервных насосных систем, работающих на двух независимых маршрутах потока.
- Платформы спроектированы таким образом, чтобы «противостоять сценарию», при котором система активного балласта не работает и вся вода находится в отсеке, из-за чего конструкция наклоняется в сторону.
- Высота 11 м (36,1 фута) верхней части колонн рассчитана таким образом, чтобы гребни самых высоких волн не могли повредить оборудование.
- Платформа пришвартована к морскому дну тремя швартовными тросами, сделанными из обычных компонентов, а именно якорей для буксировки, цепей и тросов.
- Каждая линия различной длины состоит из нескольких сегментов цепи и кабеля. Линии соединены с основанием колонн плавучего сооружения и в основном располагаются на морском дне.
Оффшорные ветряные электростанции эксплуатируются уже около 20 лет, и в ближайшее время будет рассматриваться экономическая целесообразность продления их срока службы. Необходимо учитывать текущее техническое обслуживание, устранение неисправностей в течение срока службы, а также структурную устойчивость ветряных турбин и условия окружающей среды при эксплуатации на площадке.
Платформы, используемые в WFA, спроектированы и сертифицированы таким образом, что их экономический срок службы составляет 25 лет:
- Предназначены для противостояния штормам с периодичностью повторения 50 лет и усталостной продолжительностью работы не менее четверти века.
- Защита конструкции и системы швартовки от ржавчины требует тщательного осмотра и перекраски или анодирования через 25 лет.
Вид на турбины Windfloat Atlantic.
В соответствии со стандартами Международной ассоциации морских средств навигационного оборудования и маячных служб (IALA) выступающая часть конструкции окрашена в желтый цвет. Вокруг ветряной электростанции установлена прямоугольная имплементационная и защитная зона размером 4,5 км на 2,5 км (2,79 миль на 1,55 мили).
Ветряные турбины.
Одним из главных преимуществ технологии WindFloat является то, что она может быть адаптирована к любой ветряной турбине, имеющейся на рынке, поскольку ее конструкция аналогична наземным ветряным турбинам. В этом случае максимальное вертикальное расстояние между основанием и валом составляет 96 м, а вертикальное расстояние между поверхностью воды и валом ротора - 107 м. Диаметр ротора составляет 164 м, что соответствует рабочей площади 21 124 кв. м. Это крупнейшие ветряные турбины, которые могут устанавливаться на плавучих платформах в настоящее время.
Авиационное освещение ветряных турбин соответствует требованиям Управления гражданской авиации Португалии: днем они освещаются прерывистым белым светом, а ночью - постоянным красным, который виден на 360 градусов вокруг платформы.
Подводное кабельное соединение.
WFA расположен в 20 км от побережья Виана-ду-Каштелу, в районе Атлантического океана на глубине около 95 м. Ветряная электростанция имеет установленную мощность 25 МВт и состоит из трех ветряных турбин номинальной мощностью 8,4 МВт каждая. Каждая ветряная турбина оснащена трансформаторами на 0,64 / 60 кВ, и - на основании долгосрочных данных о ветрах в этом районе - прогнозируется доступность 34%, в результате чего расчетная годовая выработка ветряной электроэнергии составит 74,5 ГВт-ч.
Генерируемая энергия транспортируется по морскому подводному кабелю, проложенному между турбинами ветряной электростанции и сушей через северный причал в порту Виана-ду-Каштелу.
Ветряные турбины установлены на расстоянии 600 м друг от друга и соединены между собой 14,741 кв. мм, 60-кВ трехфазными кабелями с медным сердечником. Ветротурбина, расположенная ближе всего к берегу, соединена одним из этих динамических кабелей с подводным сухим соединителем (DMC) - собственностью португальского оператора системы передачи данных (TSO) компании Rede Elétrica Nacional S.A. - на расстоянии 300 м от первой ветротурбины. Подводный электрический кабель TSO соединяет DMC с распределительным устройством на берегу, а затем с португальской распределительной сетью на подстанции 60/15 кВ Monserrate.
Метод, выбранный для прокладки подводных кабелей, был основан на геологических и океанографических исследованиях, а также на анализе рисков, связанных с текущими способами рыбной ловли, а также с морским судоходством. Отрезки экспортного кабеля TSO заглублены под морское дно, которое в основном песчаное. Это достигается за счет использования струйной системы - технологии, при которой струи воды под высоким давлением прорезают траншею нужной ширины и глубины, так что собственный вес кабеля используется для прокладки кабеля. Осадок на морском дне, вытесненный и перемешанный в ходе этого процесса, возвращается на морское дно под действием силы тяжести и покрывает кабель.
Вдоль участков кабельной трассы, где могут находиться морские камни, экспортный кабель укладывался сверху и закреплялся инертными материалами.
Для уменьшения воздействия электромагнитного поля подводные кабели были сконструированы с дополнительными защитными экранирующими слоями, окружающими жилу проводника. Кроме того, был создан коридор шириной приблизительно 500 м (1640 футов), который был предоставлен оператору португальской системы передачи данных для прокладки кабеля.
Строительство платформ.
Строительство началось в 2018 году с использования сухого дока для производства и сборки двух платформ с некоторыми важными аспектами:
- Колонны были изготовлены по частям, доставлены на верфь и собраны в районе сухого дока Лиснаве в Сетубале, Португалия.
- Решетка была изготовлена на заводе и транспортировалась по частям на верфь по суше.
- После того, как колонны и решетка были собраны отдельно, их поместили в сухой док для сборки.
- Сухой док был затоплен, когда все сооружения были построены. Таким образом, плавучие платформы были утяжелены. Затем они были отбуксированы по морю во внешний порт Ферроль, Испания.
В то же время в 2018 году на верфи Fene, Испания, недалеко от Ферроль строилась третья платформа. Там не было сухого дока. Конструкция была собрана на набережной, а затем транспортирована во внешний порт Ферроль с помощью баржи.
На причале порта Ферроль каждая ветряная турбина была смонтирована на своей платформе с осадкой от 12 до 14 м (от 39 до 46 футов), также были проведены пуско-наладочные работы ветряных турбин. После того, как установка каждой ветряной турбины была завершена, платформы были доставлены из порта Ферроль к месту расположения морской ветряной электростанции.
Энергообеспечение.
31 декабря 2019 года первая ветряная турбина была подключена к сети после присоединения швартовных кабелей к платформе, а также подключения и тестирования всех участков электрических кабелей между ветряной турбиной и береговой подстанцией.
К середине июля 2020 года три ветряные турбины уже вырабатывали и поставляли в сеть «зеленую» энергию. В настоящее время ветропарк вырабатывает энергию, которой достаточно для обеспечения 16 000 домашних хозяйств, что «сокращает выбросы углекислого газа на 1,1 миллиона тонн ежегодно».
Поддержание WFA.
Производитель оригинального оборудования ветряных турбин обеспечивает их техническое обслуживание, в то время как Principle Power отвечает за техническое обслуживание плавучих платформ. Операции по техническому обслуживанию делятся на две основные категории: техническое обслуживание морских платформ и их капитальный ремонт.
Техническое обслуживание включает корректирующие и профилактические мероприятия, а также мониторинг состояния каждой платформы без необходимости буксировки платформ. При проведении капитального ремонта требуется буксировка всего комплекса «платформа-ветряная турбина» в порт.
Чтобы избежать внеплановых работ, производительность платформ и ветряных турбин постоянно контролируется дистанционно. Таким образом, процесс мониторинга сводит к минимуму перебои производства электроэнергии. Профилактическое техническое обслуживание проводится ежегодно и включает в себя такие мероприятия, как проверка, ревизия и техническое обслуживание балластных систем или электроснабжения. Ремонт включает работы по замене сломанного устройства или конструкции. Если есть возможность, компоненты ремонтируют на суше и затем собирают на платформе. При таком подходе время работ на суше сокращается.
Мероприятия на ветряных турбинах, проводимые на месте, могут быть профилактическими (плановыми) или корректирующими (плановыми или внеплановыми). Так обеспечивается оптимальное планирование работ. Обычно проводится ежегодный общий осмотр турбины в течение трех дней. Для минимизации влияния внеплановых мероприятий ветряные турбины также оснащены мощными системами прогнозирующего мониторинг состояния.
Инвестиции и занятость.
Проект WFA обеспечил вектор роста и создание рабочих мест в Португалии и Испании. Экономические последствия проекта в долгосрочной перспективе сохраняться. В него были вложены инвестиции в размере около 120 млн. евро (141 млн. долл. США), которые были сделаны компаниями, владеющими Windplus S.A. - EDP Renováveis (54,4%), Engie (25%), Repsol (19,4%) и Principle Power (1,2%).
Португальский фонд по сокращению выбросов углекислого газа поддержал проект, а Европейский инвестиционный банк предоставил кредит в размере 60 млн. евро (70,3 млн. долл. США). Над реализацией проекта работало 500 высококвалифицированных сотрудников.
