Morskie farmy wiatrowe – jak działają? Polska i świat

---

Morskie farmy wiatrowe – podstawy działania i znaczenie

Morskie farmy wiatrowe to złożone urządzenia, które wykorzystują rozwiązania znane z wielu obszarów techniki. Znajdziemy tutaj elementy energetyki, oceanotechniki, eksploatacji maszyn czy geologii. Do najważniejszych elementów elektrowni wiatrowej umiejscowionej na powierzchni akwenu wodnego zalicza się:

• turbinę wprawianą w ruch pod wpływem działania strumienia powietrza, która zamienia energię kinetyczną w energię elektryczną;

• strukturę nośną turbiny, która zapewnia całej konstrukcji stabilność i odporność na działanie przeciążeń;

• infrastrukturę, która pozwala na gromadzenie wytwarzaniem energii elektrycznej i przesyłanie jej na ląd, np. bezpośrednio do zakładów kupującego prąd przedsiębiorstwa.

Podstawowym zespołem układów mechanicznych i elektrycznych jest oczywiście turbina. Składa się ona z wirnika oraz gondoli, czyli kapsułowej przestrzeni, w której znajdują się najważniejsze podzespoły turbiny. Istotne znaczenie ma również układ przenoszenia momentu obrotowego zbudowany z systemu łożysk, wału obrotowego i przekładni. Jego zadaniem jest transfer pędu wirnika na działanie prądnicy. Energię elektryczną wytwarza prądnica uzupełniona o klimatyzację zapewniającą wydajną pracę podzespołów oraz zautomatyzowany układ sterowania.

A co z elektroniką? W morskich farmach wiatrowych stosuje się anemometr oraz wiatrowskaz i system, który pozwala na nadążanie turbiny za kierunkiem wiatru.

Ogólne założenia projektowania morskich farm wiatrowych przewidują, że takie urządzenie były odporne na zabrudzenie i oblodzenie (wynikający z nich ciężar), ważyły możliwie mało i cechowały się wysoką trwałością poszczególnych elementów. Powinny generować jak najmniej hałasu i być niewrażliwe na wyładowania atmosferyczne. Jak łatwo się bowiem domyśleć, w przypadku burzy wystające nad poziom wody wysokie elementy często stanowią obiekt uderzeń pioruna.

W przeciwieństwie do elektrowni wiatrowych morskie farmy wiatrowe muszą być stabilizowane w inny sposób niż klasyczne, trwałe połączenie z gruntem przez wkopanie podstawy. Jakie rozwiązania stosuje się w praktyce? Możliwości jest kilka.

Monopale przewidują przymocowanie do dna konstrukcji stalowej. Wykorzystuje się je na płytkich wodach (do 30 m głębokości), gdzie występuje piaszczyste dno. Alternatywną konstrukcją jest fundament grawitacyjny. Jeszcze innym rozwiązaniem jest trójnóg łączący się z dnem w trzech punktach, fundament kratownicowy oraz tzw. suction bucket, czyli zbiornik z otwartym dnem.

W praktyce stosuje się również różnego rodzaju fundamenty pływające, jak boje typu SPAR czy konstrukcje półzanurzone.

Morskie farmy wiatrowe w Polsce – aktualne projekty i plany

Może Bałtyckie było pierwszym akwenem, który otrzymał morską elektrownię wiatrową (Vindeby na duńskich wodach terytorialnych). Według stanu na 2018 rok. Bałtyk stanowił trzeci na świecie obszar pod względem liczebności i mocy morskich farm wiatrowych. Było ich 19 o łącznej mocy 2218 MW. Dla porównania na Oceanie Atlantyckim w tym czasie farmy generowały 12938 MW prądu. Takie rozwiązania stosuje się również w Polsce.

Według założeń Polityki Energetycznej Polski do 2030 roku na naszym terytorium ma być zrealizowanych aż 7 projektów z zakresu morskiej energetyki wiatrowej o łącznej mocy 5,9 GW (kolejne 13 jest fazie aukcyjnej). Docelowo zasilą one aż 8 milionów gospodarstw w czystą, zieloną energię. Wspomogą także przemysł stoczniowy, metalowy oraz stalowy. Polskie morskie elektrownie wiatrowe zostaną zlokalizowane w obszarze Ławic Słupskiej, Środkowej i Odrzańskiej. Obiekty mają być oddalone od granicy lądu o co najmniej 22 km, dlatego nie wpłyną na atrakcyjność turystyczną miejscowości nadmorskich. Nie kolidują też z najważniejszymi łowiskami. Obecnie w najdalszej fazie zaawansowania znajdują się następujące projekty:

• Baltica 3 – 1050 MW;

• Baltica 2 – 1500 MW;

• Baltic Power – 1200 MW;

• BC WIND – 500 MW;

• FEW Baltic II – 440 MW;

• MFW Bałtyk II – 720-1200 MW;

• FMW Bałtyk III – 720-1200 MW.

Bardzo aktywnie w zakresie transformacji energetycznej działają koncerny Orlen oraz PGE.

Morskie farmy wiatrowe na świecie – przegląd największych instalacji

Choć może się wydawać, że polskie morskie farmy wiatrowe generują dużo energii elektrycznej, wystarczy rzut oka na największe światowe inwestycje w tym zakresie, aby zobaczyć, że czeka nas jeszcze bardzo daleko droga, aby dogonić globalnych liderów.

Największą morską farmą wiatrową na świecie jest Dogger Bank Wind Farm. Zlokalizowana na Morzu Północnym została wdrożona w trzech fazach – Dogger A, B i C. Łącznie prace objęły montaż 277 turbin o zatrważającej całkowitej mocy 3,6 GW. Jako ciekawostkę warto wskazać, że każda elektrownia została wyposażona w potężną turbinę Haliade X-13 o mocy 13 MW. Według producenta jeden jej obrót wystarczy, aby zapewnić zasilanie dla gospodarstwa domowego na 2 dni!

Drugie miejsce na podium przypadło Tajwańskiemu projektowi Greater Changhua. Wdrożona w czterech fazach morska elektrownia wiatrowa ma generować 2,4 GW energii elektrycznej, przy czym ostatnie dwa etapy zostaną ukończone w 2026 roku.

Trzecie miejsce w światowej czołówce zajęła inwestycja Hornsea-2. Podobnie jak Dogger Bank Wind Farm została ona przeznaczona do zasilania odbiorców w Wielkiej Brytanii. Produkuje wystarczająco dużo energii, aby zasilić 1,4 miliona gospodarstw domowych i zajmuje powierzchnię 462 km2. Generuje 1,32 GW mocy i składa się ze 165 turbin Gamesa 8 MW marki Siemens. W tym przypadku obrót turbiny zasila dom na jeden dzień. Konstrukcje są tak duże, że płat wirnika ma 81 m długości i znajduje się na wysokości ponad 200 metrów nad poziomem morza.

Morskie farmy wiatrowe charakterystyka – zalety i wyzwania

Przyszłość morskich farm wiatrowych niewątpliwie stanowi kluczowy element bezpieczeństwa energetycznego na całym świecie. Co przemawia za ich wyborem?

Przede wszystkim duża stabilność wiatrów i ich większa prędkość pozwala na generowanie większych ilości prądu niż w analogicznych konstrukcjach lądowych. Stwarzają zupełnie nowe możliwości zaopatrzenia w energię elektryczną obszarów przybrzeżnych, gdzie często znajduje się infrastruktura o krytycznym znaczeniu dla gospodarki. Wreszcie są one bezpieczne dla środowiska i nie mają ograniczeń w postaci budynków i wzgórz, więc można znacznie lepiej zagospodarować dostępną przestrzeń.

Specjaliści sugerują, że rozwój morskich farm wiatrowych w dużej mierze zależy od tego, jaką drogą podążą trendy technologiczne. Dzisiaj obserwuje się m.in. zainteresowanie generatorami synchronicznymi, kablami HVDC (ang. High Voltage Direct Current) czy rozwojem w zakresie modernizacji sposobów zakotwiczenia platform.

Pamiętaj, że Twoja firma również może pośrednio uczestniczyć w pozyskiwaniu energii elektrycznej z morskiej elektrowni wiatrowej. Wystarczy w tym celu zawrzeć umowę PPA na dostawę prądu z ekologicznych źródeł. Pozwala to nie tylko na oszczędność, ale także poprawę wizerunku przedsiębiorstwa jako partnera świadomego zrównoważonego rozwoju.