|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 11/2003
Energetyka wiatrowa. Duńskie rekordy
|
|
Dynamiczny rozwój energetyki wiatrowej doprowadził do szeregu znaczących osiągnięć technicznych. Rosnącemu wykorzystaniu wielkich zasobów darmowej, odnawialnej energii towarzyszy podnoszenie parametrów technicznych gigantycznych elektrowni wiatrowych. Najnowsze osiągnięcia konstruktorów i budowniczych tego segmentu energetyki przedstawiano wielokrotnie na łamach amerykańskiego miesięcznika „Power Engineering International”.
W Danii, czwartym co do wielkości producencie energii w elektrowniach wiatrowych, udział źródeł odnawialnych osiągnie w bieżącym roku 27 proc., w tym wiatru ok. 18 proc. Kraj ten jest jednym z prekursorów wyprowadzenia tego segmentu energetyki na „szerokie wody”, zarówno w przenośni, jak i w dosłownym znaczeniu tego określenia.
|
Znaczna w niektórych regionach kraju koncentracja dużych turbin wiatrowych, jak i świadomość korzystniejszych warunków dla generacji wielkich mocy na wodach przybrzeżnych, przesądziły o rosnącym zainteresowaniu wykorzystaniem morskich zasobów wiatrowych. W 2002 r. duński rząd zatwierdził plany budowy dwóch morskich farm wiatrowych. Dalsze plany przewidują uruchomienie trzech kolejnych obiektów tego typu. Decyzje te świadczą o determinacji tego kraju realizacji ambitnego celu, jakim jest uzyskanie w 2030 r. mocy 4000 MW z energii morskich wiatrów.
Pierwsza z morskich farm wiatrowych została już oddana do ruchu w połowie 2003 r. na Morzu Północnym w odległości 14-20 km od miejscowości Esbjerg. To pierwsze, zrealizowane w imponująco krótkim czasie ok. 6 miesięcy przedsięwzięcie, okazało się od razu rekordowym w dziedzinie morskiej energetyki wiatrowej na świecie. Licząca 80 turbin farma Horns Rev osiągnęła moc zainstalowaną 160 MW. Inwestorem kompleksu, który obecnie prowadzi również jego eksploatację, jest największa duńska firma energetyczna Elsam. Przedsiębiorstwo to zajmuje się rozwojem energetyki wiatrowej już od 25 lat, zaś łączna moc jego ponad 500 turbin wiatrowych przekroczyła 400 MW. W budowie farmy Horns Rev partycypowała także Eltra – operator systemu przesyłowego zachodniej Danii. Koszt realizacji całej inwestycji wyniósł 289 mln dolarów.
Morska farma wiatrowa Horns Rev została wzniesiona na wodach przybrzeżnych o głębokości 6,5-13,5 m. Każdą z osiemdziesięciu turbin zainstalowano na wieży posadowionej na fundamencie zagłębionym na 22-24 m w żwirowo-piaszczystej rafie. Transport i montaż słupów fundamentowych był wykonywany w ciągu jednego dnia z użyciem specjalnego statku. Jeszcze krócej, bo tylko 4 godz., trwało podnoszenie i ustawianie turbiny na przygotowanej wieży. Operację tę wykonywano za pomocą dźwigu zainstalowanego na specjalistycznym statku o podwodnych łapach opierających się o dno morskie. Na farmie zainstalowano turbiny wiatrowe typu V80-2.0 duńskiego producenta Vestas. Podstawowe dane techniczne i znamionowe parametry pracy tej turbiny podano w załączonej tabeli.
Wybrana spośród wielu złożonych ofert turbina V80-2.0 odznacza się najkorzystniejszymi parametrami działania i bogatym wyposażeniem pomiarowo-kontrolnym. W szczególności regulacja kąta ustawienia każdej z trzech łopatek wirnika pozwala na optymalne dostosowanie do zmiennych warunków atmosferycznych. Chociaż farma wiatrowa została zaprojektowana do pracy z pełną mocą (oczywiście z uwzględnieniem aktualnych parametrów wiatru), to najnowocześniejszy układ zdalnego sterowania zapewnia ciągłą regulację wytwarzanej mocy zgodnie z potrzebami systemu elektroenergetycznego. Turbiny te mogą pracować przy prędkości wiatru nie przekraczającej 24 m/s; w trakcie wieloletnich obserwacji w rejonie rafy stwierdzono jedynie sporadyczne przekraczanie tej granicy przy średniej wartości na wysokości osi wirnika 9,7 m/s. Z kolei przy prędkościach mniejszych od 4 m/s następuje samoczynne wyłączenie turbiny z uwagi na zbyt niską moc napędową wiatru.
Poszczególne wieże usytuowano w odległościach 560 m od siebie, co zapewnia zarówno bezpieczny dostęp do urządzeń, jak i nie zakłócone warunki pracy turbin. Obszar farmy obejmujący 20 km kw. jest położony z dala od torów żeglugi, dodatkowo dla bezpieczeństwa odgrodzono go dodatkowymi palami wbitymi w dno rafy. Projekt farmy wiatrowej nie napotkał sprzeciwu obrońców środowiska, którzy ze zrozumieniem odnieśli się do planów wykorzystania darmowej, czystej energii. Na budowie kompleksu skorzystają na pewno okoliczni mieszkańcy, utrzymujący się w dużej mierze z ruchu turystycznego. Już teraz pobliski las wiatraków przyciąga rosnącą liczbę zaciekawionych gości. Trwają natomiast dyskusje na temat poziomu odszkodowań dla rybaków za utracone prawa połowu na rozległym terenie farmy. Prowadzone obserwacje pozwolą na zgromadzenie doświadczeń w zakresie wpływu nowej infrastruktury morskiej na życie przybrzeżnej fauny, które zostaną wykorzystane przy planowaniu następnych obiektów tego rodzaju. Ustalono już, że turbiny farmy nie zwiększyły w istotnym stopniu poziomu hałasu w nadmorskiej okolicy ponad naturalny szum wiatru i fal.
O opłacalności inwestycji zadecydują w dużej mierze koszty eksploatacji obiektu. Przy bezpłatnym paliwie, o ich wysokości stanowią nieuniknione nakłady na konserwację i remonty urządzeń. Najwyższą osiągalną przy obecnym stanie techniki dyspozycyjność urządzeń wytwórczych farmy gwarantują najnowocześniejsze rozwiązania sprawdzonej technologii. Przyczyni się do tego także ciągły monitoring licznych parametrów pracy takich jak drgań, temperatury, ciśnienia, prędkości obrotowej czy napięcia generatora. Nowością jest zastosowanie mikrofonów, które umożliwiają doświadczonym specjalistom zdalną identyfikację problemów w oparciu o zmiany emitowanego szumu. Dostęp personelu remontowego jest możliwy zarówno z łodzi u podstawy wieży jak i z helikoptera na platformę zabudowaną na kadłubie turbiny. Wstępne założenia przewidują potrzebę trzech interwencji personelu na każdej z turbin rocznie. Ocenia się, że minimalne koszty obsługi farmy zapewni użycie dużego statku dla remontów turbin oraz helikoptera do wykonywania mniejszych napraw i przeglądów. Od początku w centrum uwagi projektantów obiektu były względy bezpieczeństwa personelu wykonującego prace przy turbinach. Każda z nich posiada pomieszczenie wyposażone w toaletę, śpiwory, zapas żywności i wody pitnej, gaśnicę i apteczkę pierwszej pomocy. Wewnątrz wieży zainstalowano windę, zaś na zewnątrz dodatkowe urządzenie awaryjnej ewakuacji osób z poziomu wirnika do oczekującej na wodzie łodzi.
Niestety, na razie temu imponującemu osiągnięciu inżynierskiemu początku XXI wieku nie towarzyszy podobny sukces ekonomiczny. W okresie przygotowania i realizacji inwestycji nastąpiły w Danii gruntowne zmiany w sektorze energetycznym. Postępujący proces liberalizacji doprowadził do ograniczenia dotowania generacji ze źródeł odnawialnych, w wyniku czego farmy wiatrowe takie jak Horns Rev nie przynoszą oczekiwanych zysków. Przy obecnej relacji cen okres zwrotu tej inwestycji wydłużył się do 10 do 20 lat. Mimo to dotychczasowe korzystne doświadczenia z budowy i eksploatacji tej i innych przybrzeżnych farm wiatrowych otwierają im drogę do ekspansji w szeregu krajów Zachodniej Europy i Ameryki Północnej.
Rosnącym potrzebom technicznym morskiej, a także lądowej, energetyki wiatrowej wychodzą naprzeciw wytwórcy dedykowanych urządzeń, zwłaszcza coraz większych turbin. Niemiecka firma Enercon przeprowadziła w 2002 r. udane próby swojego prototypu turbiny o mocy 4,5 MW, która stawia ją na czele największych urządzeń tego typu na świecie. Z pomocą federalnego ministerstwa gospodarki i licznych sponsorów skonstruowano turbinę typu E-112 o trzech łopatach wirnika, z których każda mierzy ponad 52 m długości przy masie 20 t. Średnica wirnika wynosi 112,8 m, zaś jego oś ma znajdować się 100 m ponad ziemią. Według producenta, turbina ma osiągać znamionową moc przy prędkości wiatru w zakresie 13-25 m/s, a największą sprawność rzędu 45 proc. w przedziale 8-10 m/s. Kadłub turbiny zmontowano z wielu części składowych na specjalnie przygotowanym stanowisku do prób o wysokości 124 m ustawionym na farmie doświadczalnej koło Magdeburga. Ciężkie podzespoły podnoszono na tę wysokość za pomocą dwóch dźwigów wykorzystując bezwietrzne okresy. Testy mechaniczne ze znacznym przekroczeniem parametrów znamionowych potwierdziły prawidłowość przyjętego rozwiązania. Po przebadaniu dwóch lub trzech następnych prototypów turbiny E-112 zostanie uruchomiona produkcja z przeznaczeniem dla zarówno lądowych jak i morskich farm wiatrowych.
Wybrane parametry techniczne turbiny wiatrowej typu V80-2.0
| Parametr | Wartość | | Średnica wirnika [m] | 80 | | Wysokość osi wirnika [m] | 70 | | Masa jednej łopaty [t] | 6,5 | | Masa kadłuba [t] | 79 | | Masa wieży [t] | 160 | | Masa fundamentu [t] | 180-230 | | Łączna masa jednej turbiny z konstrukcją wsporczą [t] | 439-489 | | Zakres prędkości wiatru zapewniającego moc znamionową [m/s] | 13-25 | | Moc znamionowa [MW] | 2 |
Na podstawie artykułu pt. Might and Majesty, „Power Engineering International” 4/2003.
|
|
|
|
