Генерация
В сегодняшнем мире энергия ветра стала одним из наиболее быстро растущих источников энергии. Она не только начинает бросать вызов другим традиционным ресурсам, но и становится менее шумной и более эффективной.
Революционное изменение сектора производства электроэнергии на основе энергии ветра, произошло с появлением плавающих ветряных турбин. Эту идею впервые выдвинул в 1972 году профессор Уильям Иеронимус (William. E. Heronemus) из Университета Массачусетса, расположенного в городе Амхерст.
Первая морская ветряная турбина, построенная на основе этой концепции, была установлена в море недалеко от Апулии (Италия) в 2008 году компанией Blue H Technologies, и представляла собой прототип глубоководной платформы с турбиной мощностью в 80 кВт. После сбора необходимых испытательных данных о ветре и морских условиях, в 2008 году она была выведена из эксплуатации. Затем появилась первая в мире работающая ветряная турбина морского базирования, Hywind, с мощностью 2.3 МВт. Она была установлена в 2009 году в Норвегии компанией Statoil.
За ней последовали множество успешных реализаций этой идеи от таких венчурных компаний как Wind Plus.
Ветряная турбина морского базирования
Как все мы знаем, вне берега ветры дуют намного сильнее, и более постоянны. Поэтому, размещение турбины в море предоставляет инженерам больше возможностей для удовлетворения в значительной степени быстро растущего спроса на электроэнергию. При этом оказывается меньше влияние на эстетику местности.
Существует формула P =1/2 ρ A V3, где
P = энергия ветра,
ρ = плотность воздуха,
A = площадь, очерчиваемая лопастями турбины,
V = скорость ветра
График скорости ветра
Из этого можно сделать вывод, что мощность ветра пропорциональна кубу скорости ветра. Следовательно, скорость ветра над морем выше, чем над сушей. Поэтому над морем энергии получить можно больше.
Вначале, технологические ограничения давали возможность создавать ветряные установки только там, где дно находится неглубоко. Но сегодня стали вполне реальными установки в глубоких, и очень глубоких местах, что дает доступ к более плотным ресурсам. Ветряная турбина устанавливается на плавающей платформе, которая крепится якорями к океанскому дну.
Ветряная турбина морского базирования состоит из следующих элементов:
- Лопасти ротора,
- Гондола,
- Вышка,
- Плавающая площадка,
- Якорные канаты.
Кроме того, на вершине турбины устанавливается анемометр для фиксации скорости и направления ветра. Наиболее распространенными являются три основных способа постановки этих турбин на якорь: система натяжного вертикального крепления, крепление на цепи, и крепление на цепи с применением балласта.
Платформы с натяжным вертикальным креплением (TLP) предназначаются для вертикальной швартовки плавающей конструкции. Этот подход фактически устраняет вертикальные движения конструкции. Плавающая платформа постоянно зафиксирована группой фалов, называемых натяжным креплением, каждый фал прикреплен к одному из углов платформы.
Данный тип фиксации платформы является эффективным с точки зрения затрат. Но в неглубоких водах более распространенным является крепление на цепи, так как сам вес этих цепей швартовки обеспечивает возвращающую силу, и тем самым эффективно удерживает плавающую конструкцию на месте.
Для того чтобы увеличить устойчивость платформы, к ней добавляется балласт, увеличивающий дополнительное натяжение кабеля, и соответственно, жесткость плавающей конструкции.
Hywind, первая в мире плавающая "ветряная ферма"
Для получения значительного количество энергии, необходимо использовать несколько ветряных турбин, которые работают вместе, и объединяются в плавающие электростанции, получившие название "ветряных ферм". Энергия, генерируемая такими электростанциями, передается в электрические сети на берегу посредством подводных кабелей.
Фактически, вращающиеся лопасти соединены с ротором, который прикреплен к валу, соединяющим его с вращающейся частью генератора. Все это вместе заключено в гондолу.
Энергия, полученная ветряной турбиной, передается вниз по вышке через кабель, и поступает на трансформаторную платформу, имеющуюся в каждой ветряной ферме. Наконец, собранная таким образом энергия передается в электрические сети на суше, при помощи подводных кабелей, и уже оттуда поступает к местным потребителям.
Однако использованию ветра присуща проблема, связанная с непредсказуемой природой ресурса ветряной энергии. Для преодоления этой проблемы, в 2011 году компания SeaTwirl спроектировала свою первую плавающую сеть, в которой помимо ветряных турбин имелся и маховик, предназначенный для накопления энергии, с тем, чтобы поддерживать непрерывную поставку энергии, когда ветер переставал дуть. Это еще одна веха в развитии ветряных турбин морского базирования.
Одним из значительных преимуществ таких плавающих конструкций, является то, что они могли бы ослаблять силу ветра сталкивающихся с ними ураганов, понижая пиковую скорость ветра. Эти ветряные турбины, фактически, замедляют внешний вращающий ветер урагана, и снижают высоту волны, что, в свою очередь, замедляет движение урагана и быстрее рассеивает его энергию. Тем самым, снижаются затраты, связанные с повреждениями на берегу.
Кроме того, проведенные исследования показали, что турбины с вертикальной осью еще более эффективны с точки зрения затрат, по сравнению с турбинами, имеющими горизонтальную ось. Это предоставляет решение, позволяющее компенсировать высокие затраты по установке. Тщательное проектирование таких турбин может привести к десятикратному увеличению генерируемой мощности, по сравнению с турбинами того же размера, имеющими горизонтальную ось.
Ветряные турбины Darrieus, имеющие вертикальную ось, могут генерировать вдвое большую мощность, чем ветряные турбины с вертикальным расположением лопастей пропеллера.
Более того, турбины с вертикальной осью занимают меньше места, так что на выделенном пространстве их можно разместить больше. Наконец, они издают меньше шума.
С целью снижения затрат, почти все монтажные работы проводятся на берегу, и собранные конструкции доставляются на место при помощи специальных судов.
Преимущества:
- Экологически чистая электроэнергия
- Меньшее влияние на эстетику местности
- Новое место обитания для живущих на морском дне существ
- Сопротивление ураганам, как природному бедствию
- Более мощный ресурс
- Компьютерное и масштабное моделирование позволяет избежать дорогостоящих ошибок.
Недостатки:
- Влияние на миграцию рыб, хотя и не значительное
- Высокие затраты на установку и обслуживание
- Определенные риски, связанные с безопасностью на море.
Генерируемая таким способом электроэнергия является абсолютно экологически чистой, так как для ее получения не требуется сжигать никакого топлива, что приводит к эмиссии парниковых газов. Поэтому, продолжаются исследования, направленные на поиск эффективных средств снижения затрат, и обеспечения поставки в будущем этой экологически чистой электроэнергии в миллионы домов.
