Το νέο σύνορο της υπεράκτιας αιολικής ενέργειας είναι οι πλωτές ανεμογεννήτριες. Αυτό συμβαίνει επειδή μπορούν να εγκατασταθούν σε βαθιά νερά όπου οι ταχύτητες του ανέμου είναι σταθερά υψηλότερες . Τα νέα σχέδια έχουν τις πλωτές τουρμπίνες, που κουνιούνται και ταλαντεύονται με τα κύματα και τον άνεμο, σταθεροποιημένες με έρμα ή αγκυρωμένες με αλυσίδες στον πυθμένα της θάλασσας. Η Emma Edwards στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης εξετάζει τις έξι κύριες κατηγορίες σχεδιασμού: Spar, Barge, Tension-leg platform, Semi-submersible, Combination-type και Hybrid platforms . Οι πρώτες τέσσερις κατηγορίες επηρεάζονται έντονα από τους προκατόχους τους στο πετρέλαιο και το φυσικό αέριο . Για εξήντα χρόνια, οι πλωτές πλατφόρμες επέτρεψαν σε τεράστιες εξέδρες άντλησης πετρελαίου να έχουν πρόσβαση σε βαθύτερες υδάτινες τοποθεσίες (το βαθύτερο είναι πάνω από 2.000 μέτρα). Τέσσερα πλωτά υπεράκτια αιολικά πάρκα έχουν ήδη κατασκευαστεί , το μεγαλύτερο άνοιγμα το 2023 στα ανοικτά των ακτών της Νορβηγίας. Αυτήν τη στιγμή, τα σχέδια της πλατφόρμας αποκλίνουν στην πραγματικότητα (σε αντίθεση με τους ίδιους τους στρόβιλους που έχουν ως επί το πλείστον συγκλίνει στον σχεδιασμό των τριών πτερυγίων), το οποίο είναι σαφές σημάδι ότι εξακολουθούν να αναμένονται σημαντικές βελτιώσεις από κάθε ομάδα σχεδιασμού , λέει ο Edwards. Ναι, καλά διαβάσατε – float. Μπορεί να έχετε δει μια ανεμογεννήτρια στη θάλασσα στο παρελθόν, αλλά το πιθανότερο είναι ότι κοιτούσατε μια «σταθερή» τουρμπίνα – δηλαδή, αυτή που βρίσκεται πάνω από ένα θεμέλιο που έχει τρυπηθεί στον βυθό της θάλασσας. Για τα νέα σύνορα της υπεράκτιας αιολικής ενέργειας, η εστίαση είναι στις πλωτές ανεμογεννήτριες. Σε αυτή την περίπτωση, οι ανεμογεννήτριες υποστηρίζονται από πλωτές κατασκευές που κουνούν και ταλαντεύονται ως απόκριση στα κύματα και τον άνεμο και δένονται με αλυσίδες και αγκυρώνονται στον πυθμένα της θάλασσας.
Αυτό γίνεται το επίκεντρο του τομέα για τον απλούστατο λόγο ότι οι περισσότεροι άνεμοι πνέουν πάνω από βαθιά νερά , όπου η κατασκευή σταθερών πλατφορμών θα ήταν πολύ ακριβή ή απλά αδύνατη . Ο σχεδιασμός αυτών των νέων πλωτών πλατφορμών είναι μια πραγματική πρόκληση μηχανικής και αποτελεί το επίκεντρο της ακαδημαϊκής μου έρευνας .
Ελαχιστοποίηση της κλίσης και της ταλάντευσης
Αυτές οι ανεμογεννήτριες είναι τεράστιες και φτάνουν τα 240 μέτρα ύψος – περίπου όσο ένας ουρανοξύστης. Δεδομένου ότι είναι τόσο ψηλοί, οι ισχυροί άνεμοι πολύ πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας τείνουν να κάνουν τον στρόβιλο να θέλει να γείρει , έτσι τα σχέδια πλατφόρμας επικεντρώνονται στην ελαχιστοποίηση αυτής της κλίσης, ενώ παράλληλα είναι ανταγωνιστικά από πλευράς κόστους με άλλες μορφές ενέργειας.
Υπάρχουν περισσότερες από 100 ιδέες για σχέδια πλατφόρμας , αλλά μπορούμε να τις ομαδοποιήσουμε σε γενικές γραμμές στις ακόλουθες έξι κατηγορίες:
1. Σπαρ
Τα σπάρς είναι στενές, βαθιές πλατφόρμες με βάρος που προστίθεται στον πυθμένα για να εξουδετερώσει τη δύναμη του ανέμου (αυτό ονομάζεται "έρμα"). Συνήθως γίνονται σχετικά εύκολα γιατί συνήθως αποτελούνται από έναν μόνο κύλινδρο .
Ωστόσο, μπορούν να επεκταθούν 100 μέτρα ή περισσότερο κάτω από το νερό, πράγμα που σημαίνει ότι δεν μπορούν να αναπτυχθούν σε κανονικές αποβάθρες που δεν είναι αρκετά βαθιά. Απαιτούνται ειδικές διαδικασίες εγκατάστασης για την εγκατάσταση του στροβίλου αφού η πλατφόρμα ρυμουλκηθεί σε βαθιά νερά.
2. Φορτηγίδα
Damping Pool, της γαλλικής εταιρείας BW Ideol / ΠΗΓΗ: BW Ideol/ V. Joncheray
Οι φορτηγίδες είναι φαρδιές, ρηχές πλατφόρμες που χρησιμοποιούν άνωση μακριά από το κέντρο της κατασκευής για να εξουδετερώσουν τη δύναμη του ανέμου στον πύργο. Καθώς συνήθως εκτείνονται κάτω από 10 μέτρα κάτω από το νερό , δεν χρειάζονται ειδικές αποβάθρες βαθέων υδάτων ή σκάφη εγκατάστασης.
Ωστόσο, μπορεί να είναι δύσκολο να κατασκευαστούν επειδή η πλατφόρμα είναι συνήθως μια ενιαία, μεγάλη μονάδα με πολύπλοκο σχήμα.
3. Πλατφόρμα τάνυσης-πόδι
PelaFlex της Swansea-based Marine Power Systems / ΠΗΓΗ: Marine Power Systems
Οι πλατφόρμες εφελκυσμού ή TLP χρησιμοποιούν τεντωμένες γραμμές πρόσδεσης για να συνδέσουν την πλατφόρμα με τον βυθό της θάλασσας και να σταματήσουν την κλίση της τουρμπίνας στον άνεμο.
Αυτές οι πλατφόρμες είναι συνήθως μικρότερες και ελαφρύτερες από τους άλλους τύπους , γεγονός που καθιστά ευκολότερη την εφαρμογή τους σε μια τυπική θύρα. Επίσης, το «αποτύπωμα» του βυθού τους είναι μικρό λόγω των τεντωμένων γραμμών.
Ωστόσο, οι πλατφόρμες συνήθως δεν είναι σταθερές μέχρι να συνδεθούν στις γραμμές πρόσδεσής τους, πράγμα που σημαίνει ότι απαιτείται ειδική λύση ρυμούλκησης και εγκατάστασης.
4. Ημι-υποβρύχιο
Το VolturnUS αναπτύχθηκε από το Πανεπιστήμιο του Maine / ΠΗΓΗ: University of Maine
Τα ημι-υποβρύχια αποτελούνται από τρεις, τέσσερις ή πέντε συνδεδεμένους κάθετους κυλίνδρους, με τον στρόβιλο στη μέση ή πάνω από μία από τις κολώνες. Η πλατφόρμα χρησιμοποιεί άνωση μακριά από το κέντρο (παρόμοια με τη φορτηγίδα) και έρμα στη βάση κάθε στήλης (παρόμοια με τη ράβδο).
Όπως οι φορτηγίδες, έτσι και τα ημι-υποβρύχια δεν απαιτούν εξειδικευμένο εξοπλισμό ρυμούλκησης και λειτουργούν για μεγάλο εύρος βάθους νερού. Η παραγωγή είναι και πάλι μια πρόκληση.
5. Συνδυαστικού τύπου
Η πλατφόρμα πετρελαίου Perdido 22.000 τόνων επιπλέει στον Κόλπο του Μεξικού / ΠΗΓΗ: Γραφείο Ασφάλειας και Περιβαλλοντικής Επιβολής BSEE
Οι τέσσερις παραπάνω κατηγορίες είναι οι πιο «παραδοσιακές» πλατφόρμες , επηρεασμένες από τους προκατόχους τους στη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου. Από τη δεκαετία του 1960, οι πλωτές πλατφόρμες σήμαιναν ότι οι τεράστιες εξέδρες άντλησης πετρελαίου μπορούν να έχουν πρόσβαση σε βαθύτερα υδάτινα σημεία (το βαθύτερο είναι πάνω από 2.000 μέτρα) . Οι περισσότερες από αυτές τις εξέδρες άντλησης πετρελαίου σε βαθιά νερά είναι είτε ημι-υποβρύχιες, αγκυρωμένες στον πυθμένα με αλυσίδες, είτε TLP, συνδεδεμένες με τον πυθμένα με τεντωμένα καλώδια.
Πιο πρόσφατα, υπήρξε μια τάση προς πλατφόρμες πιο εξειδικευμένες στον πλωτό άνεμο. Συγκεκριμένα, ορισμένοι χρησιμοποιούν συνδυασμό των μηχανισμών σταθερότητας, αξιοποιώντας πλεονεκτήματα από κάθε ένα από τα προηγούμενα σχέδια.
Για παράδειγμα, οι πλατφόρμες «χαμηλώσιμου έρματος» μοιάζουν με παραδοσιακές ημι-βυθιζόμενες ή φορτηγίδες πλατφόρμες, αλλά με βάρος που κρέμεται από τεντωμένα καλώδια.
TetraSpar, από τη δανική εταιρεία Stiesdal / ΠΗΓΗ: Stiesdal
Κατά την εγκατάσταση του στροβίλου στο λιμάνι και τη ρυμούλκηση, το βάρος αυξάνεται, έτσι ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια παραδοσιακή (μη βαθιά) αποβάθρα και να μην απαιτείται ειδικός εξοπλισμός. Στο σημείο εγκατάστασης, το βάρος μειώνεται και η πλατφόρμα αποκτά επιπλέον σταθερότητα από ένα χαμηλό κέντρο μάζας.
Άλλα σχέδια χρησιμοποιούν τα πλεονεκτήματα της σταθερότητας από τεντωμένες γραμμές πρόσδεσης (παρόμοια με ένα TLP), αλλά έχουν σχεδιαστεί για να είναι σταθερά κατά τη διάρκεια της ρυμούλκησης και επομένως δεν χρειάζονται ειδικό δοχείο εγκατάστασης. Για παράδειγμα, η παρακάτω εικόνα δείχνει την πλατφόρμα X1 Wind:
Ένας συνδυασμός σχεδίασης από την X1 Wind με έδρα τη Βαρκελώνη / ΠΗΓΗ: X1 Wind
Οι τεντωμένες γραμμές πρόσδεσης συνδέονται σε μια μονή στήλη, η οποία εγκαθίσταται αρχικά. Η υπόλοιπη πλατφόρμα, η οποία είναι αυτοσταθερή, στη συνέχεια ρυμουλκείται προς τα έξω και συνδέεται με την προεγκατεστημένη στήλη με τις τεντωμένες γραμμές πρόσδεσης. Η πλατφόρμα χρησιμοποιεί την επιπλέον σταθερότητα από τις γραμμές πρόσδεσης, αλλά χωρίς την αστάθεια ρυμούλκησης που είναι χαρακτηριστική των TLP.
6. Υβριδικές πλατφόρμες
Πλατφόρμα PelaFlex με μετατροπείς κυματικής ενέργειας και ανεμογεννήτρια / ΠΗΓΗ: Marine Power Systems
Αυτές οι πλατφόρμες προσθέτουν έναν άλλο τύπο ανανεώσιμης ενέργειας, συνηθέστερα έναν μετατροπέα ενέργειας κυμάτων . Αυτό αυξάνει τη συνολική ποσότητα ενέργειας που παράγεται και μειώνει το κόστος καθώς τα καλώδια ρεύματος, η συντήρηση και άλλες υποδομές μπορούν να μοιραστούν.
Ένας μετατροπέας ενέργειας κυμάτων μειώνει επίσης την κίνηση της πλατφόρμας, η οποία με τη σειρά της αυξάνει την απόδοση ισχύος από τον στρόβιλο.
Βελτιώσεις στον αγωγό
Τέσσερα πλωτά υπεράκτια αιολικά πάρκα έχουν ήδη κατασκευαστεί, το μεγαλύτερο από τα οποία άνοιξε το 2023 στα ανοικτά των ακτών της Νορβηγίας . Δύο από αυτές τις φάρμες χρησιμοποιούν το σχέδιο Hywind spar και δύο χρησιμοποιούν το ημι-υποβρύχιο WindFloat .
Έχουν γίνει 18 άλλα σχέδια πλατφόρμας για την επίτευξη δοκιμών στη θάλασσα , συμπεριλαμβανομένης τουλάχιστον μίας από καθεμία από τις κατηγορίες που περιγράφονται παραπάνω. Ορισμένοι έχουν σχέδια να κατασκευάσουν πλωτές φάρμες τα επόμενα χρόνια και επιπλέον σχέδια πρώιμου σταδίου έχουν σχέδια να αναπτύξουν τις δικές τους πρωτότυπες συσκευές στο εγγύς μέλλον.
Είναι ενδιαφέρον ότι οι πλατφόρμες στην πραγματικότητα διαφέρουν ως προς το σχεδιασμό. Μετά από πολλά χρόνια, οι ανεμογεννήτριες έχουν συγκλίνει ως επί το πλείστον στο σχέδιο με τα τρία πτερύγια που βλέπετε σήμερα, αλλά δεν έχει υπάρξει ακόμη τέτοια σύγκλιση σε μια συναινετική «καλύτερη» πλωτή πλατφόρμα . Αυτό υποδηλώνει ότι εξακολουθούν να είναι δυνατές σημαντικές βελτιώσεις , ειδικά όσον αφορά τη μείωση της κίνησης και τη μείωση του κόστους.
***
Η Emma Edwards είναι Συνεργάτης Ανάπτυξης Σταδιοδρομίας στη Μηχανική στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από το The Conversation με άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο .