Morskie elektrownie wiatrowe – technologia, ekonomia, gospodarka

Morskie elektrownie wiatrowe – zalety

Czynniki ograniczające rozwój energetyki wiatrowej na lądzie, takie jak konieczność odsunięcia elektrowni od miejsc zamieszkania ludzi oraz negatywny wpływ na krajobraz, nie dotyczą instalacji morskich. Jednocześnie wysokie zasoby energetyczne wiatru w rejonach przybrzeżnych mórz i oceanów stwarzają znakomite warunki dla rozwoju tej gałęzi energetyki generacyjnej. Moc morskich turbin wiatrowych jest większa od ich lądowych odpowiedników, a tym samym większa jest moc kompletnej elektrowni złożonej z wielu wiatraków.

Fot. 1. Turbina Haliade-X zainstalowana na morzu – wizualizacja (źródło: materiały prasowe General Electric)

Morskie elektrownie wiatrowe – historia

Pionierami nowoczesnej energetyki wiatrowej są Duńczycy. Kraj ten postawił na rozwój tej dziedziny energetyki odnawialnej po dramatycznych wydarzeniach pierwszego kryzysu naftowego w 1973 r. Prace badawczo-rozwojowe prowadzone w Danii przez ponad ćwierć wieku sprawiły, że w latach 90. marzenia o energii elektrycznej uzyskiwanej z wiatru stały się rzeczywistością. Pierwsza na świecie morska elektrownia wiatrowa Vindeby powstała w 1991 r. w pobliżu miasta o tej samej nazwie, u wybrzeży wyspy Lolland. Elektrownia funkcjonowała niezawodnie przez ćwierć wieku – zdemontowano ją w 2016 r., gdy na Morzu Północnym pracowały już tysiące znacznie większych wiatraków w dziesiątkach elektrowni morskich.

Jeszcze w 2010 r. amerykańska agencja rządowa US Energy Information Agency w oficjalnych dokumentach stwierdzała, że: „morska energetyka wiatrowa jest najdroższą technologią wytwarzania energii rozważaną do zastosowania na dużą skalę”. Pomimo żywiołowego rozwoju energetyki wiatrowej na lądzie w latach 90. XX w. i pierwszej dekadzie obecnego stulecia, wciąż wydawało się, że może się ona okazać niczym więcej jak tylko kosztownym eksperymentem. Rozwój techniczny sprawił, że już w 2016 r. ceny wygenerowania 1 MWh w morskich elektrowniach spadły poniżej najniższej z pierwotnie przewidywanych cen na rok 2050 (!). W pierwszych dwóch dekadach XXI stulecia morska i lądowa energetyka wiatrowa w połączeniu z dynamicznym rozwojem fotowoltaiki wytyczyły nowe kierunki dla energetyki generacyjnej przyszłości.

Zobacz:

• Morska energetyka wiatrowa – przepisy
• Morskie farmy wiatrowe – plany PGE i PKN Orlen
• PGE uruchomiła dwie lądowe farmy wiatrowe
• Wieże turbin wiatrowych w druku 3D

Moc systemów morskiej energetyki wiatrowej

Według najnowszego raportu organizacji Global Wind Energy Council (GWEC), w 2019 r. na świecie zainstalowano łącznie systemy morskiej energetyki wiatrowej o mocy znamionowej 6,1 GW, zwiększając łączną moc zainstalowaną do 29 GW. Oznacza to 35,5-procentowy wzrost w porównaniu z rokiem poprzednim, w którym zainstalowano 4,5 GW. W dalszym ciągu wiodącym rynkiem morskiej energetyki wiatrowej pozostaje Europa Zachodnia, gdzie w 2019 r. powstało łącznie 59% nowych instalacji. Drugim wiodącym obszarem jest Azja i Pacyfik. Na pozycję lidera w zakresie nowych instalacji wysunęła się Chińska Republika Ludowa, gdzie w 2019 r. zainstalowano 2,3 GW mocy znamionowej. Wielka Brytania i Niemcy zajmują drugie oraz trzecie miejsce, instalując odpowiednio 1,8 i 1,1 GW nowych mocy w energetyce wiatrowej na morzu. Według ocen GWEC do 2024 r. na całym świecie może zostać zainstalowane nawet 50 GW nowych mocy generacyjnych.

Polecamy: Farmy wiatrowe na morzu – doświadczenia brytyjskie i niemieckie

Morskie turbiny wiatrowe – osiągnięcia technologii

Pozornie energetyka wiatrowa na morzu nie różni się bardzo od swego lądowego odpowiednika. Różnice są jednak bardzo poważne. Turbiny wiatrowe przeznaczone do zastosowania na morzu są znacznie większe, a tendencje konstrukcyjne przewidują dalszy wzrost mocy znamionowych tych urządzeń. W latach 90. ubiegłego stulecia przeciętna moc morskich turbin wiatrowych nie przekraczała 1 MW. Jednak już około roku 2000 sięgnęła ona 2 MW, a do 2005 r. – 3 MW. Dalszy, niemal liniowy wzrost zaowocował podniesieniem przeciętnej mocy jednostkowej turbiny do 7 MW w roku 2018.

Obecnie najwyższa jednostkowa moc turbin przygotowywanych do zastosowania na morzu w nadchodzących latach sięga już 12 MW. Wiodącym dostawcą morskich wiatraków w Europie jest niemiecko-hiszpańska firma Siemens-Gamesa, dostarczająca 69% wszystkich tego rodzaju urządzeń dla bieżąco realizowanych projektów. Kolejnym liczącym się producentem turbin morskich jest MHI Vestas z Danii posiadający ok. 24% rynku. Następne miejsca zajmują: Senvion (5%), BARD Engineering (2%) i GE Renewable Energy (1%).

Koncern General Electric, pomimo niewielkiego udziału w obecnie realizowanych dostawach, dostrzega ogromny potencjał morskiej energetyki wiatrowej. W 2018 r. GE zapowiedział wprowadzenie na rynek turbiny wiatrowej typu Haliade-X o mocy 12 MW. Prototyp wiatraka Haliade-X został zainstalowany w drugiej połowie 2019 r. w porcie Maasvlakte-Rotterdam w Holandii. Jego wysokość wynosi 269 m, a średnica wirnika – 220 m. W połowie grudnia 2019 r. gigantyczna turbina ustanowiła światowy rekord, stając się pierwszą w historii, która wyprodukowała 262 MWh energii w ciągu 24 godzin. W lutym 2020 r. rekord udało się poprawić, uzyskując 288 MWh w okresie 24 godzin.

Nad projektami nowych, wielkich turbin wiatrowych pracują również inne firmy. Duńskie przedsiębiorstwo MHI Vestas w lutym 2019 r. wprowadziło do produkcji turbinę typu V174 o mocy 9,5 MW, przeznaczoną na rynki Europy, Azji i Pacyfiku. Pierwsze jednostki V174 mają zostać zainstalowane w ramach niemieckich projektów morskich elektrowni wiatrowych Baltic Eagle i Arcadis Ost 1 w 2022 r. Z kolei turbiny typu V163 o mocy znamionowej 10 MW mają zostać dostarczone dla projektu francuskiej elektrowni EFGL (fr. Eoliennes Flottantes du Golfe du Lion), pierwszej z „dwucyfrową” wartością mocy znamionowej pojedynczego wiatraka, zainstalowanej na platformach pływających na Morzu Śródziemnym.

Europejski lider branży morskiej energetyki wiatrowej – Siemens-Gamesa na rok 2024 zapowiada uruchomienie produkcji seryjnej turbiny typu SG 222-DD o mocy jednostkowej 14 MW Jej średnica wirnika ma wynosić 222 m.

W dalszej części artykułu:

• Rozwiązania techniczne turbin
• Budowa elektrowni i jej integracja z systemem elektroenergetycznym
• Morskie elektrownie wiatrowe w Polsce

dr inż. Jacek Nowicki sekretarz generalny Stowarzyszenia Elektryków Polskich

Polecamy: Produkty budowlane