Offshore-Windkraftanlagen sind einige sehr beeindruckende technische Elemente. Der Bau und Einsatz dieser Windturbinen ist jedoch nur die halbe Wahrheit ...
Was sind Offshore-Windkraftanlagen und wie unterscheiden sie sich von Onshore-Windkraftanlagen?
Offshore-Windkraftanlagen, wie der Name schon sagt sind Windkraftanlagen, die in Gewässern wie dem Meer oder Flussmündungen gebaut und angeordnet sind. Während der Begriff normalerweise zur Beschreibung von Windparks auf See verwendet wird, können Offshore-Windparks ziemlich nahe an der Küste liegen.
Es gibt keine technische Grenze für die Wassertiefe, in die sie eingebaut werden können. Obwohl es theoretisch möglich ist, in jeder Tiefe zu bauen, liegt das Maximum wahrscheinlich näher an 1.970 Fuß 600 m praktisch
Die Methoden zum Erstellen und Verankern variieren jedoch aus offensichtlichen Gründen.
Einer der Hauptunterschiede zwischen Onshore und Offshore-Windkraftanlagen Abgesehen von ihrem Standort ist die Tatsache, dass Onshore-Turbinen eine längere Entwicklungszeit hatten.
"Die Offshore-Windenergie hat sich in den letzten zehn Jahren rasant entwickelt" John Olav Giæver Tande , norwegischer Chefwissenschaftler bei SINTEF Energy Research , sagte IE in einem Interview. Tarde leitet die Unterprogramm für Offshore-Windenergie innerhalb der European Energy Research Alliance und Mitglied der Europäischen Technologieplattform für Windenergie.
Aufgrund der globalen Kapazität ist die Offshore-Windenergie im Vergleich zur landgestützten Windenergie immer noch relativ gering. Laut Tande der Grund dafür ist es eine relativ neue Technologie. "In Bezug auf die Kapazität des Offshore-Windes entspricht dies in etwa der Kapazität des Landwinds im Jahr 2001. Die Entwicklung liegt mehr oder weniger zwanzig Jahre zurück", erklärte er.
Dies hat verschiedene Gründe, einschließlich der Kosten, aber die Lücke schließt sich. Die Offshore-Windenergie ist dank der rasanten Entwicklung der Technologie jetzt recht kostengünstig.
" Dogger Bank Dies ist der bislang größte Offshore-Windpark [mit einer Kapazität von] 3,6 GW mit Kosten von 40 Euro pro MWh "Tande gab als Beispiel. Dieses Projekt kostete irgendwo herum 150 Euro pro MWh .
Um das ins rechte Licht zu rücken, ein neues Kohlekraftwerk kann kosten um 123 bis 135 USD pro MWh und ein neues Kernkraftwerk irgendwo dazwischen 60 bis 143 USD pro MWh .
Obwohl dies nicht schlecht ist, werden die Kosten weiter sinken. Bis 2030 wäre es nicht unangemessen, mit Kosten zu rechnen. 40 Euro bis 60 Euro pro MWh für Offshore-Windkraft, sagte Tande.
Wie werden Offshore-Windkraftanlagen gebaut?
Offshore-Windkraftanlagen sind landgestützten sehr ähnlich Windkraftanlagen in Bezug auf das Design selbst. Der einzige wirkliche Unterschied ist die Tatsache, dass sie "mariniert" sind.
Dies bedeutet, dass die Turbinen sind leicht modifiziert, damit sie Korrosion besser widerstehen und übermäßige Schäden durch Feuchtigkeit verhindern können. Offshore-Windkraftanlagen sind in der Regel auch viel größer als ihre Gegenstücke an Land.
Dies liegt daran, dass es tatsächlich einfacher ist, größere Windkraftanlagen vor der Küste zu installieren. Hier endet jedoch die Ähnlichkeit.
"Der wirkliche Unterschied [zwischen den beiden] sind offensichtlich die Fundamente", sagte Tande. "Das häufigste Fundament ist [was als] Bodenbefestigung bezeichnet wird. Dies ist ein hohler Stahlzylinder, der dem Turm ähnlich ist, aber tief gestapelt istin den Meeresboden, typischerweise 30 Meter 98 Fuß oder mehr. "
Die Tiefe, bis zu der sie sich erstrecken, hängt jedoch von der örtlichen Geologie, der Wassertiefe und der Größe der Turbine ab, fügte er hinzu. Diese Art der Installation ist normalerweise die Anlaufstelle für Windparks, bis zu denen 82 bis 98 Fuß 25 bis 30 Meter in der Wassertiefe.
Eine andere Methode heißt "Jackenfundamente" und kann in tieferen Gewässern angewendet werden.
Dies ist eine etablierte Bautechnik, die von der Öl- und Gasindustrie entwickelt wurde. Einige dieser Anlagen wurden für Anlagen mit bis zu mehreren hundert Fuß Wasser entwickelt, aber wie Tande dem IE erklärte, hat die Industrie begonnen, sich zu fragen, ob dies der Fall istwar wirklich zu rechtfertigen.
Infolgedessen wurden stattdessen schwimmende Systeme entwickelt. Da bodenfeste Lösungen in den meisten Fällen für Windkraftanlagen in einer Wassertiefe von mehr als nicht als realisierbar angesehen werden. 230 Fuß 70 Meter waren schwimmende Plattformen erforderlich.
"Dies können entweder Halbtauchplattformen oder Holmplattformen sein", erklärte Tande. Beide Arten von Plattformen werden mithilfe von Festmacherleinen am Meeresboden verankert.
Dieses Setup bedeutet jedoch, dass schwimmende Plattformen am besten für Tiefwasserinstallationen zwischen geeignet sind. 655 und 984 Fuß 200 und 300 Meter. Dies liegt daran, dass "wenn [das Wasser] zu flach ist, die Ankerleinen ziemlich weit verbreitet sein müssen und sie länger und teurer werden. Wenn Sie sie in tieferem Wasser halten können, die [Festmacherleinen]kann direkt runter gehen. "
Es gibt auch einige Spannbeinplattformen mit einem steifen Verankerungspunkt unter der Plattform, aber laut Tande tendiert die Industrie im Allgemeinen dazu, lockere Ankerleinen für schwimmende Plattformen zu verwenden.
Die nächste Überlegung wann Bau von Offshore-Windparks So werden sie an das Onshore-Stromnetz angeschlossen. In den meisten Fällen werden Unterwasserkabel von den Farmen zum Ufer verlegt.
Dies ist jedoch nur ein Teil der Geschichte. Vor der Übertragung von Strom an Land muss der Strom von den Turbinen gesammelt und zur Verteilung bereit sein.
In den meisten Fällen sind alle Turbinen in einem Betrieb an einen großen Transformator angeschlossen, um den Strom für die Übertragung an Land in Hochspannungswechselstrom umzuwandeln, oder wenn sich die Betriebe mehr als befinden. 62 Meilen 100 km vom Ufer entfernt muss die Leistung als Gleichstrom übertragen werden. Dies erfordert Hochspannungs-Gleichstromwandlerstationen an jedem Ende der Gleichstromübertragungsleitung.
Was sind die Vor- und Nachteile von Offshore-Windparks?
Einer der Hauptvorteile Offshore-Windkraft ist, dass Farmen in der Tat sehr groß sein können. Sie können auch ziemlich nahe an dem Ort gebaut werden, an dem die Energie verbraucht wird.
"Die meisten Großstädte liegen wie London in der Nähe des Meeres", gab Tande als Beispiel. Aus diesem Grund besteht ein großes Potenzial für den Bau von Offshore-Windparks, die den Anforderungen von Großstädten ziemlich nahe kommen.
Um dies an Land bereitzustellen, wäre eine große Menge Land erforderlich. Im Gegensatz zu Onshore-Windparks, in denen Land knapp ist, können Farmen auf See größer sein. Wie bei jeder erneuerbaren Technologie ist dies jedoch ein KompromissTurbinen können auch lokale Ökosysteme beeinflussen.
Da Offshore-Turbinen relativ größer sind, können sie große Mengen liefern. "saubere" Energie mit minimalen Auswirkungen auf die Umwelt. Obwohl es erwähnenswert ist, dass ihre Auswirkungen auf das Meeresleben nicht vollständig bekannt sind. Offshore sind sie auch "außer Sicht, außer Verstand", wenn es darum geht, als Schandfleck angesehen zu werden.
Nicht nur das, auch die Offshore-Windressourcen sind sehr groß. Diese Technologie "könnte produzieren 18 Mal der globale Strombedarf wird bei voller Ausnutzung ", sagte Tande. Das meiste Potenzial gibt es in der Nähe 80% könnte aus der Energiegewinnung in der Tiefsee stammen. Aus diesem Grund haben schwimmende Windparks eine potenziell sehr lukrative Zukunft.
An den besten Standorten an Land sind Onshore-Windparks zumindest vorerst noch billiger zu bauen und zu warten als Offshore-Windparks. Angesichts einer großartigen Lage ist es wahrscheinlich besser, einen Onshore-Farm zu bauen als OffshoreSagte Tande.
Ein Nachteil ist, dass Offshore-Farmen die Fischereiindustrie beeinträchtigen können, insbesondere beim Bau der Turbinen.
Dies ist insbesondere bei bodenfesten Plattformen der Fall, die sich im Allgemeinen in Tiefen von befinden. 65-98 Fuß 20-30 Meter. Das ist normalerweise auch wo Fischer üben Sie ihren Handel aus, bemerkte Tande und fügte hinzu: "Sie dürfen nicht zwischen den Turbinen fischen." Aber aus Sicht der Fische bieten Windparks eine neuartige Form des Schutzes.
Da das Fischen verboten ist, haben die Fischbestände in den letzten Jahren in Gebieten um Offshore-Windparkstandorte einen Boom erlebt. Die Fundamente von Windkraftanlagen können auch eine Art künstliches Riff darstellen.
Wie Tande erklärte, führt dies jedoch möglicherweise nicht zu einem echten Anstieg der Fischpopulation, sondern bedeutet, dass Fische von diesen Gebieten angezogen werden. Vor einer endgültigen Beurteilung sind weitere Untersuchungen erforderlich.
Diese Art von Problemen kann durch eine gute Planung vor dem Bau gemildert werden. In Bezug auf die Fischerei müssen beispielsweise die Fischer konsultiert werden.
Wie lange halten Windkraftanlagen?
Eine Herausforderung bei Offshore-Windkraftanlagen ist die einfache Wartung und der einfache Zugang für Reparaturen. Da die Kosten für Wartung und Reparatur so gering sind, sind sie erheblich höher als an Land.
"Wenn Sie ein Problem mit einem Landwind haben, springen Sie in Ihren LKW, fahren und Sie sind da", sagte Tande. Bei Offshore ist die Frage, ob Sie sie tatsächlich dazu bringen können, an ihnen zu arbeiten, real.
Wenn Sie beispielsweise auf See sind, müssen Sie häufig die Wettervorhersage überprüfen, da raue See das Reisen unmöglich machen kann. Wenn die Wellen mehr als 6 Fuß betragen 2 Meter hoch, Der Zugang zu den Turbinen ist oft nicht möglich.
Aus diesem Grund ist die Planung und Planung der Wartung für Offshore-Plattformen von entscheidender Bedeutung. Aus diesem Grund verfügen viele moderne Betriebe über ausgefeilte Modellierungstechniken, um Wartungsentscheidungen und die Planung zu erleichtern. Die meisten Turbinen verfügen über eine spezielle Korrosionsschutzbeschichtung, die zumindest für bestimmte Zwecke geeignet ist. 20 Jahre
Wenn ein Teil in 6 Monaten wahrscheinlich ausfällt ' Zeit- und Wartungsarbeiten finden in der nächsten Woche statt. Es ist wahrscheinlich eine gute Idee, das Teil vorzeitig zu ändern, anstatt Monate später, erklärte Tande.
Eine weitere häufig gestellte Frage lautet: "Töten Windkraftanlagen wirklich Vögel?". Die Antwort lautet Ja und Nein.
Wenn sich die Farmen auf Wanderwegen von Vögeln befinden, stellen sie eine sehr ernsthafte Bedrohung für sie dar. Wie Tande ebenfalls erklärte, gibt es technologische Lösungen für dieses Problem.
Zum Beispiel gibt es Radarsysteme Dies kann verwendet werden, um festzustellen, ob sich ein Vogelschwarm auf dem Weg zur Farm befindet. Mit diesen Systemen können die Turbinen vorübergehend abgeschaltet werden, damit die Zugvögel sicher durch die Farm reisen und Kollisionen vermeiden können.
Könnte Offshore-Wind den Ländern eine Möglichkeit bieten, energieunabhängig zu werden?
Obwohl dies theoretisch möglich ist, ist dies in den nächsten Jahrzehnten unwahrscheinlich. Offshore-Wind wird jedoch wahrscheinlich irgendwann einen großen Teil des Energiebedarfs eines Landes ausmachen, und auch private Unternehmen sind vom Potenzial für die Technologie sehr begeistert.
Für Länder mit einer Küstenlinie ist die Nutzung von Offshore-Windkraft ein Kinderspiel, sagte Tande.
Großbritannien zum Beispiel hat identifiziert dass Offshore-Wind einen wichtigen Teil der zukünftigen Energieversorgung des Landes ausmachen könnte. Es ist zu hoffen, dass bis etwa 2050 mindestens ein Drittel der britischen Energieversorgung mit Offshore-Windparks gedeckt werden könnte. Eine ähnliche Menge ist vorhergesagt für Europa ungefähr zur gleichen Zeit.
Aber die potenziellen Vorteile der Windenergie sind auch für private Unternehmen groß. Die Vision der Ocean Renewable Energy Action Coalition OREAC ist 1.400 GW von Offshore-Wind bis 2050.
Um das ins rechte Licht zu rücken: Die derzeit installierte Kapazität liegt weltweit in der Größenordnung von 25 bis 30 GW, sagte Tande. Wenn dies zutrifft, würde dies darauf hinweisen, dass Offshore-Wind das 'nächste große Ding' ist, das die Energie revolutionieren könnteSystem. "Es hat daher das Potenzial, a zu sein Billionen Dollar i Industrie bis 2050.
Ein interessantes Beispiel stammt von Schweiz das keine Küste hat. "Ich habe Kollegen in der Schweiz, die sich sehr für Offshore-Wind interessieren. Für Länder, in denen es keine natürliche Küste gibt, gibt es Versorgungsunternehmen, die in einen Offshore-Windpark investieren könntenund kaufe den Strom davon. "sagte Tande.
Es gibt auch andere Beispiele, bei denen viele Öl- und Gasunternehmen das Potenzial für Offshore-Wind untersuchen. Equinor erklärte Tande, "bereiten jetzt ihr Geschäft auf Offshore-Wind vor."
Was ist die Zukunft für Offshore-Windkraft?
Die Zukunft der Offshore-Windenergie ist nur durch die Zeit und die Ressourcen, die in Forschung und Entwicklung investiert werden, wirklich begrenzt.
Damit die Ziele des Vereinigten Königreichs und Europas erreicht werden können, muss mehr Arbeit geleistet werden, um die Kosten pro MWh zu senken und die Umweltauswirkungen solcher Windparks zu verringern und zu verringern.
Tande erklärte, dass die aktuellen Themen in praktische, technische und grundlegende Forschungsfragen unterteilt werden können.
Bei ersteren können Verfahren wie das Wechseln der Schaufel einer schwimmenden Turbine auf See technisch sehr schwierig sein. Da sowohl die Turbinen als auch die Wartungsschiffe auf See schwimmen und sich bewegen, werden Methoden entwickelt, um den Vorgang sicher abzuschließen, ohne die Turbine zu beschädigen.oder in der Tat die neue Klinge oder das neue Gefäß sind wesentlich.
"Dies ist eine technische Herausforderung, aber es ist auch eine Forschungsherausforderung", sagte Tande.
Ein weiteres potenzielles Forschungsgebiet ist die effizientere Anbindung von Windparks an das Energienetz. Darüber hinaus sind Themen wie Unterwasseranschlüsse und bleifreie Kabel Bereiche zukünftiger Forschung.
Im Allgemeinen erklärte Tande jedoch, dass es drei große Forschungsthemen gibt, mit denen die Forschungsgemeinschaft seit einiger Zeit zu kämpfen hat.
Der erste besteht darin, den Luftstrom in Windparks zu verstehen und zu modellieren. Dies ist möglich; erfordert jedoch eine Superberechnung. Der Prozess ist immer noch sehr langsam und nicht sehr praktisch.
Um die Windparks so effizient wie möglich zu gestalten, müssen Sie die Mechanik des Luftstroms an jeder Turbine und im gesamten Betrieb. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine einzelne Turbine geändert wird und sich die Frage stellt, wie sie sich auf die anderen auswirkt.
Die zweite Herausforderung besteht darin, dass die Ingenieure die dynamischen Wechselwirkungen zwischen Hydrodynamik, Mechanik, Winddynamik und elektrischer Dynamik riesiger Maschinen mit einer Höhe von mehreren hundert Fuß und riesigen überstrichenen Bereichen der Turbinenschaufeln besser verstehen müssen.
"Wir haben Experten, die die Hydrodynamik, die Aerodynamik sowie die elektrotechnischen und mechanischen [Aspekte] verstehen können, aber diese miteinander zu kombinieren und alle detaillierten Wechselwirkungen zu verstehen, ist [eine] der nächsten großen Forschungsfragen", sagte Tandesagte.
Der dritte betrifft den Betrieb des Stromnetzes mit 100% erneuerbaren Energien und einer sehr großen Menge Windkraft. Nicht nur das, sondern auch, wie man das in das gesamte Netz integrieren und zuverlässige Stabilität gewährleisten kann, muss beantwortet werden.
Dies könnte erreicht werden, erklärte Tande durch Batteriespeicherung vor Ort, Pumpspeicher-Wasserkraft, Wasserstoffproduktion, Ladeflexibilität und mehr.
Tatsächlich haben einige Forscher eine Vision von einer Zukunft, in der schwimmende Windturbinen an unzugänglichen und abgelegenen Orten wie der Arktis nur Wasserstoff oder Ammoniak produzieren, die dann von Schiffen aufgenommen und an Land transportiert werden können.
Ein weiteres interessantes Forschungsgebiet ist die bestmögliche Digitalisierung der Systeme, um den Zustand der Geräte und mehr vorherzusagen. Es sind auch Pläne im Gange, digitale Modelle der Betriebe zu erstellen, damit die Bediener bestimmte Komponenten vergrößern können, um ihre zu überprüfenBedingung.
Maschinelles Lernen wird der Schlüssel zu dieser Art von Entwicklung sein, sagte Tande, insbesondere um schnelle und reaktive Modelle zu erstellen.
Alles in allem sieht die Zukunft der Offshore-Windenergie in der Tat sehr rosig aus. Obwohl einige technische Herausforderungen zu bewältigen sind, um die Kosten zu senken, ist es nur eine Frage der Zeit, bis die mutigen Ziele der Länder erreicht werdenSieg.