Rozwój aeroenergetyki morskiej

5.4. Rozwój aeroenergetyki morskiej

Morska energetyka wiatrowa jest nowÈ technologiÈ pozyskiwania energii elektrycz-nej. O ile pierwsze elektrownie na morzu stawiane byïy juĝ w latach 90. XX w., o tyle znaczÈcy wzrost mocy moĝna zaobserwowaÊ od 2001 r. (il. 8). Ostatnie dziesiÚciolecie miaïo kluczowe znaczenie dla rozwoju farm wiatrowych na Ăwiecie. Pomimo lekkiego zahamowania w latach 2004–2006, juĝ od 2007 r. widoczne jest znaczÈce zwiÚkszenie tempa rozwoju morskiej energetyki wiatrowej [17–19].

Il. 8. Przyrost mocy aeroenergetyki morskiej na Ăwiecie (opracowanie wïasne za [17–19])

Jeszcze niedawno najwiÚkszÈ moc aeroenergetyki morskiej posiadaïa Dania, bÚdÈca pionierem rozwoju technologii morskich farm wiatrowych. Od 2008 r. prym wiedzie Wielka Brytania. Obecnie ¾ mocy morskich farm wiatrowych znaj-duje siÚ u wybrzeĝy Danii i Wielkiej Brytanii, naleĝy jednak podkreĂliÊ, ĝe wiele krajów jest bÈdě na etapie stawiania, bÈdě zaawansowanych planów budowy farm. SÈ to gïównie Niemcy i Holandia i naleĝy mieÊ nadziejÚ, ĝe doïÈczy do nich rów-nieĝ Polska [17–19].

W roku 2010 moc zainstalowana w morskiej energetyce wiatrowej zwiÚkszaïa siÚ ponad dwukrotnie szybciej niĝ w przypadku energetyki lÈdowej – stopa wzrostu wynosiïa 59,4%. Niemniej jednak naleĝy pamiÚtaÊ, ĝe wzrost nastÚpowaï z niskie-go poziomu wyjĂciowego. Nowa moc zainstalowana w morskiej energetyce wia-trowej w wysokoĂci 1,16 GW zwiÚkszyïa ïÈczny poziom do 3,1 GW (1,6% ïÈcznej mocy zainstalowanej w energetyce wiatrowej na Ăwiecie) [17–20].

Do 2010 r. projekty morskich farm wiatrowych koncentrowaïy siÚ gïównie na stosunkowo maïych gïÚbokoĂciach (do 20 m) oraz obszarach bliskich lÈdu (do 20 km). CiÈgïy rozwój technologii oraz rosnÈce doĂwiadczenie firm inwestujÈ-cych w ten sektor energetyki powodujÈ, ĝe morskie farmy wiatrowe mogÈ byÊ lokalizowane na obszarach coraz bardziej odlegïych od lÈdu i na coraz gïÚbszych wodach. Dla projektów realizowanych w 2010 r. przeciÚtna gïÚbokoĂÊ morza wy-nosiïa 17,4bm, a odlegïoĂÊ od lÈdu 27,1 km, podczas gdy jeszcze w 2009 r. byïo to odpowiednio 12 m i 14,4 km. Farmy, które sÈ obecnie na etapie konstrukcji, lokalizowane sÈ Ărednio na gïÚbokoĂci 25,5 m, w odlegïoĂci Ărednio 35,7 km od brzegu. Przewiduje siÚ, ĝe do roku 2030 standardem bÚdzie lokalizacja na mo-rzach o gïÚbokoĂci 60 m i w odlegïoĂci 60 km od lÈdu. IstniejÈ teĝ perspektywy zagospodarowania obszarów jeszcze bardziej odlegïych, nawet powyĝej 60 km od lÈdu. Warto zwróciÊ uwagÚ, ĝe wzrasta równieĝ Ărednia moc farmy. O ile w 2010 r. byïo to 72 MW, o tyle w 2011 r. juĝ 155 MW. W sprzyjajÈcych warunkach wielkie, kilku- lub kilkunastogigawatowe projekty stworzÈ superwÚzeï (ang. supernode) i umoĝliwiÈ przesyï energii elektrycznej do odbiorców z róĝnych krajów. Obiekty zlokalizowane na wodach o znacznej gïÚbokoĂci (ponad 60 m) bÚdÈ prawdopo-dobnie wykorzystywane do budowy platform pïywajÈcych, które na wiÚkszÈ skalÚ pojawiÈ siÚ po 2020 r. Najnowsze koncepcje, rozwaĝane zwïaszcza na Morzu Póï-nocnym, próbujÈ poïÈczyÊ realizacjÚ projektów na wodach gïÚbokich oraz w duĝej odlegïoĂci od lÈdu (ang. far deep offshore) [17–21].

W technologii fundamentowania elektrowni wiatrowej na morzu dominuje technologia monopole, czyli siïownie typu jednopalowego. W miarÚ odsuwania farm w gïÈb morza, fundamenty bÚdÈ wymagaÊ wiÚkszych udoskonaleñ, najpraw-dopodobniej w kierunku konstrukcji typu jacket, czyli kratownicowego. Kolejne fazy rozwoju obejmujÈ opracowanie technologii pïywajÈcych platform, które bÚdÈ sytuowane na wodach bardzo gïÚbokich [21].

Duĝym wyzwaniem jest opracowanie technologii transportu wyposaĝenia farm wiatrowych na miejsce ich montaĝu. Jest to skomplikowany proces logi-styczny, który wymaga duĝych jednostek transportowych oraz punktów przeïa-dunkowych. Naleĝy zaadaptowaÊ jednostki pïywajÈce do przewozu poszczególnych czÚĂci konstrukcji. Kolejnym istotnym aspektem, z punktu widzenia rozwoju sieci morskich, jest infrastruktura przesyïu energii elektrycznej, do której zalicza siÚ

5.4. Rozwój aeroenergetyki morskiej

caïe wyposaĝenie i okablowanie sïuĝÈce podïÈczeniu turbiny wiatrowej do sieci. Produkcja i instalacja okablowania naleĝÈ do doĂÊ kosztownych inwestycji, ale zarówno lepsza jakoĂÊ podïÈczenia morskich farm wiatrowych do sieci, jak i lepiej dostosowane do warunków morskich okablowanie, skutkujÈ obniĝeniem kosztów eksploatacji i poprawÈ niezawodnoĂci dziaïania. NajwiÚkszym problemem jest zintegrowanie systemu przesyïowego sieci morskich z systemem przesyïu energii na lÈdzie. Obecnie najlepszÈ technologiÈ w sieciach morskich jest High Voltage

Direct Current (HVDC), oferujÈca moĝliwoĂÊ peïniejszej kontroli i zarzÈdzania strumieniem wytwarzanej na morzu energii elektrycznej oraz niskie straty energii na przesyle. Dzisiejsze technologie pozwalajÈ na przesyï na duĝych dystansach (do 600 km) z gwarancjÈ minimalnych strat, a mniejsze przekroje przewodów minimalizujÈ koszty budowy i oddziaïywanie na Ărodowisko [19, 21].

Ze wzglÚdu na znacznie wyĝsze prÚdkoĂci wiatru w stosunku do lÈdu, produk-tywnoĂÊ morskich farm wiatrowych jest zdecydowanie wyĝsza niĝ lÈdowych. Dla przykïadu w 2010 r. w Danii Ăredni wspóïczynnik wykorzystania mocy wyniósï 19,7% dla farm lÈdowych oraz 35,4% dla morskich farm wiatrowych (il. 9). Szacuje siÚ, ĝe w 2020 r. wspóïczynnik ten wyniesie 45,5% [21, 22].

Koszty budowy morskich elektrowni wiatrowych sÈ duĝe, lecz wraz z po-stÚpem technologii systematycznie spadajÈ. Przykïadowo koszty budowy farmy wiatrowej Baltic 2 wyniosïy okoïo 3500 euro/kW. W strukturze kosztów inwesty-cyjnych dominujÈ ceny turbin, a takĝe fundamentów oraz przyïÈczenia do sieci elektroenergetycznej. W przypadku polskich morskich farm wiatrowych moĝna spodziewaÊ siÚ niĝszych kosztów fundamentowania oraz przyïÈczenia do sieci elektroenergetycznej, a to ze wzglÚdu na mniejszÈ gïÚbokoĂÊ i odlegïoĂÊ od lÈdu [21, 23].

Obecnie na rynku turbin wiatrowych morskich dziaïa 6 gïównych dostawców: Siemens, Vestas, Repower, BARD, Multibrid i GE. Oferowane przez nich turbiny sÈ w wiÚkszoĂci adaptacjÈ konstrukcji lÈdowych. Warunki morskie pozwalajÈ na swobodne traktowanie niektórych kwestii, takich jak estetyka turbiny czy nor-my emisji haïasu, tworzÈ jednak nowe wyzwania dla konstruktorów, zwïaszcza w zakresie ochrony przed korozjÈ i niezawodnoĂci. PrzeciÚtna moc zainstalowana turbiny wiatrowej na morzu wyniosïa Ărednio 3,2 MW – wiÚkszoĂÊ producentów pracuje nad wiÚkszymi siïowniami, o mocy 507 MW, które zostanÈ wprowadzone na rynek okoïo 2015 r. Kolejne wprowadzane na rynek turbiny charakteryzu-jÈ siÚ coraz wiÚkszymi wirnikami – dostÚpne sÈ juĝ turbiny o Ărednicy wirnika koïo 120 m, projektowane sÈ takĝe modele o wirnikach osiÈgajÈcych ĂrednicÚ 150–160 m. Oczekuje siÚ, ĝe spowoduje to znaczÈcy przyrost produktywnoĂci elektrowni wiatrowych o okoïo 20% [21].