Плавучие ветряные турбины имеют важнейшее значение для будущего шельфовой ветроэнергетики, и для того, чтобы снизить затраты до конкурентоспособного уровня, необходимо радикально изменить концепцию. Французская компания Eolink приступила к строительству полномасштабного демонстратора своей инновационной плавучей ветряной турбины, выполненной в форме пирамиды. Технология позволяет сократить количество материалов и вес более чем на 30% и обещает значительную экономию затрат на электроэнергию.

По мнению компании Eolink плавучие турбины построенные в форме пирамиды способны вырабатывать не менее 20 МВт электроэнергии. Eolink

Как уже отмечалось ранее, типичная конструкция Fan-On-Stick (веер на палочке), используемая для наземных ветряных турбин, не лучшим образом работает на шельфе (так как именно там сосредоточено самые эффективные ресурсы ветровой энергетики). Если глубина слишком большая и турбину невозможно закрепить на морском дне, используют плавучие конструкции. Однако, если попытаться это сделать с помощью адаптированной к наземным технологиям лопастной конструкции, потребуется огромное количество балластного материала на морском дне. Более того, такие турбины сложно и дорого развертывать и эксплуатировать. При этом огромная физическая нагрузка, создаваемая колоссальным вентилятором, потребует установки гигантских подшипников.

В сентябре бостонский стартап T-Omega рассказал о другом подходе. Эта компания с нуля спроектировала конструкцию для развертывания на глубоководных участках шельфа. Новая концепция позволила значительно снизить вес и стоимость турбины, при этом значительно упростив ее монтаж и обслуживание. И пока T-Omega находится в поисках партнеров, чтобы довести свои проекты до ума, французская компания Eolink, успешно реализует аналогичную идею, испытывая свои разработки в волновом резервуаре.

Новая технология значительно проще в изготовлении, развертывании и обслуживании, чем конструкция с одним опорным элементом. Eolink

Главным преимуществом этой модели является ее пирамидальная форма (то есть, вместо одного столба, используется пара треугольников, примерно так же, как подвешивают колесо обозрения), при этом вес огромного вентилятора равномерно распределен между двумя подшипниками. Поэтому верхняя часть конструкции становится более легкой и вместо одного монолитного столба можно использовать четыре более тонкие опоры, соединённые в виде пирамиды. Такое решение существенно снижает вес, а также значительно увеличивает площадь основания, следовательно, для удержания конструкции в вертикальном положении требуется гораздо меньше балластных материалов.

Такие пирамиды невозможно использовать на суше, поскольку для достижения максимальной производительности наземным турбинам необходимо менять угол наклона в зависимости от направления ветра. А вот для океанического шлейфа это идеальный вариант: плавучие пирамиды достаточно просто прикрепить ко дну. В какую бы сторону ни подул ветер, турбину развернет в нужном направлении. 

Полностью функциональный демонстратор мощностью 5 мегаватт планируется ввести в эксплуатацию в 2024 году. Eolink

Несмотря на то, что направления океанических течений в целом повторяют направления господствующих ветров, компания Eolink заявила, что разработанная ею система динамического балласта способна корректировать направление турбин на угол до 120 градусов в случае несоответствия этих двух факторов. Также оператор может изменять направление волнового следа, оставляемого за каждой турбиной, потенциально жертвуя некоторой мощностью первой линии турбин, чтобы максимально увеличить производительность ветряной электростанции в целом. 

Что же касается строительства и развертывания этих машин, то здесь все довольно просто. Турбины могут быть построены на верфи и сразу же спущены на воду, где будут дрейфовать на относительно небольшой глубине благодаря тому, что они не несут огромного количества балласта под ватерлинией. Компания Eolink утверждает, что одна верфь способна производить до 67 турбин в год. 

В нужный момент готовая турбина, буксируется к своему участку, привязывается, и подключается к общей сети. Для развертывания или обслуживания не требуется аренда специализированной техники стоимостью в несколько миллионов долларов в день. Конструкцию достаточно отбуксировать в порт и выполнить работу там, где это гораздо проще и дешевле. 

Слева: пирамидальная конструкция создает гораздо меньшую нагрузку на опорные столбы, поэтому они могут быть более компактными и легкими. Справа: благодаря отсутствию проблемы потенциального удара лопастей об опорные столбы, пропеллеры лопасти могут быть более длинными и гибкими при соответствующей высоте корпуса. Eolink

Таким образом, с точки зрения затрат на материалы, проектирование, строительство, развертывание, масштабирование и обслуживание эта технология выигрывает буквально на каждом шагу. А поскольку европейский сегмент морской ветроэнергетики испытывает трудности в связи с ростом стоимости материалов, инфляцией, проблемами с цепочкой поставок и давлением со стороны китайских компаний, которые начинают активно расширять свои глобальные предложения, эти преимущества могут стать решающими. 

По сообщению Recharge News, компания Eolink смогла получить Final Investment Decision (окончательное инвестиционное решение) благодаря дополнительным вложениям со стороны испанского концерна Acciona Energy и компании по управлению проектами Valorem. В настоящий момент Eolink получила 23 млн. долларов США, и приступила к производству полномасштабной испытательной турбины, которая будет развернута на испытательном полигоне SEM-REV на Атлантическом побережье Франции. 

Ветряная турбина, спроектированная с нуля для плавучих, глубоководных оффшорных установок. Eolink

Вес 5-мегаваттного демонстратора составит 1100 тонн, а сторона квадратного основания - 52 м (171 фут). Диаметр самого ротора составит 143 м (469 футов). Компания Eolink утверждает, что при той же номинальной мощности ее конструкция будет использовать более чем на 30% меньше стали, чем традиционная турбина. Строительство начинается уже в этом месяце. Планируется, что марту следующего года турбину пришвартуют и закрепят на якоре, а в 2024 году объект введут в эксплуатацию.

Компания утверждает, что новая технология идеально масштабируется. Более того, в настоящее время проектируется турбина мощностью 20 МВт, которая будет построена по этой же технологии. Она будет намного крупнее самой большой в мире ветряной турбины, размеры которой просто поражают воображение (см. ссылку).

Что касается цены, Eolink утверждает, что эти машины будут поставлять электроэнергию на 20-25% дешевле, чем "эталонная технология". Так что это не самое радикальное снижение стоимости на 50%, которое обещают T-Omega и более экстремальные решения, такие как дублированные вертикально-осевые турбины World Wide Wind. Но, судя по всему, французские турбины появятся на рынке гораздо раньше. Это очень интересное решение, посмотрим, что из этого получится.

 Источники и ссылки: Eolink, Acciona, Recharge News, Journal New Atlas

1. (http://eolink.fr/en/news-en) 
2. (https://newatlas.com/energy/worlds-biggest-wind-turbine-mingyang/) 
3. (https://www.acciona-energia.com/updates/news/acciona-energia-takes-leading-stake-floating-offshore-wind-startup-eolink/) 
4. (https://www.rechargenews.com/wind/pyramid-power-new-wave-floating-wind-design-ups-sails-for-french-atlantic-debut/2-1-1365841)