Zamiast jednej turbiny są dwie. Czy to przyszłość morskiej energetyki wiatrowej?
Przez lata rozwój morskiej energetyki wiatrowej opierał się na prostym założeniu: większy wirnik, dłuższe łopaty i coraz wyższa moc pojedynczej turbiny. Dziś jednak branża zaczyna szukać alternatywnych rozwiązań. Coraz częściej pojawia się pytanie, czy zamiast stawiać na coraz większe konstrukcje, lepiej nie wykorzystać dwóch mniejszych turbin osadzonych na jednej platformie lub fundamencie.
Jak się okazuje, taka koncepcja już się pojawiła, a jej prototyp działa na morzu. Chiński producent turbin wiatrowych Mingyang Smart Energy zaprezentował w ubiegłym roku platformę Ocean X Tiancheng — określaną przez firmę jako pierwszą na świecie pływającą turbinę wiatrową klasy 50 MW. Prezentacja odbyła się podczas konferencji „Nowa Technologia, Nowe Scenariusze, Nowa Ekologia” w Chinach, gdzie Zhang Qiying, prezes ds. działalności międzynarodowej Mingyang Group, przedstawił nową platformę jako punkt zwrotny w komercjalizacji morskiej energetyki wiatrowej na dużą skalę.
Nowy układ – platforma pływająca z dwoma turbinami – pozwala rozłożyć moc, ograniczyć koszty jednostkowe i lepiej wykorzystać powierzchnię morza, a przy okazji otwiera drogę do gigantycznych, pływających elektrowni zdolnych pracować tam, gdzie klasyczne turbiny na stałym fundamencie nigdy by nie dotarły.
Jak ma działać platforma 50 MW?
Nowa jednostka wykorzystuje architekturę „podwójnej głowicy” — dwie jednostki główne o mocy 25 MW każda, połączone w układzie wieży w kształcie litery V.
Platforma została zaprojektowana z myślą o wodach głębszych niż 40 metrów i ma być odporna na tajfuny, co czyni ją technologią przeznaczoną dla najbardziej wymagających warunków dalekomorskich. Mingyang deklaruje, że celem nowej konstrukcji jest obniżenie kosztów rozwoju pływającej energetyki wiatrowej — segmentu wciąż znacznie droższego niż klasyczne, posadowione na dnie morskim farmy wiatrowe.
Następca platformy OceanX o mocy 16,6 MW
Nowa jednostka bazuje na doświadczeniach zdobytych przy budowie wcześniejszej platformy OceanX — obecnie, według Mingyang, największej na świecie jednostki pływającej pod względem mocy jednostkowej.
Platforma, znana też pod nazwą „Mingyang Tiancheng”, została zaprezentowana po raz pierwszy we wrześniu 2022 r., a formalnie uruchomiona i wyprowadzona na morze 12 lipca 2024 r. w stoczni CSSC Huangpu Wenchong w Kantonie.
OceanX ma łączną moc 16,6 MW, uzyskiwaną z dwóch turbin o mocy 8,3 MW każda, ustawionych w układzie V na wspólnej podstawie pływającej. Platforma wykorzystuje układ dwóch przeciwbieżnie obracających się wirników — rozwiązanie mające ograniczyć efekt zakłóceń przepływu powietrza (ang. wake effect) i zwiększyć efektywność wychwytu energii wiatru względem pojedynczego wirnika.
Średnica pojedynczego wirnika wynosi 182 metry, a łączna powierzchnia omiatana przekracza 52 tys. m2. Wyporność całej konstrukcji sięga około 15 tys. ton, a zanurzenie podczas holowania wynosi 5,5 metra.
Według Mingyang średnia roczna produkcja energii ma wynosić około 54 mln kWh. Jest to wolumen wystarczający, by pokryć roczne zapotrzebowanie na prąd około 30 tys. trzyosobowych gospodarstw domowych.
Platforma wyposażona jest w ponad 3000 czujników zbierających w czasie rzeczywistym dane o wibracjach, warunkach morskich i produkcji energii, wykorzystywane m.in. w ramach cyfrowego bliźniaka (ang. digital twin) do monitorowania stanu instalacji przez cały cykl życia.
Innowacyjna konstrukcja z betonu UHPC
Kluczową innowacją technologiczną platformy OceanX jest zastosowanie ultrawysokowytrzymałego betonu (UHPC) jako głównego materiału konstrukcyjnego podstawy pływającej. Jest to rozwiązanie, które Mingyang określa jako pierwsze na świecie w tej klasie zastosowań morskiej energetyki wiatrowej. Beton ten osiąga wytrzymałość na ściskanie powyżej 115 MPa, czyli około czterokrotnie więcej niż standardowy beton konstrukcyjny.
Podstawa pływająca ma kształt litery Y i zajmuje powierzchnię porównywalną z dwoma boiskami piłkarskimi. Składa się z trzech pływaków w kształcie zbliżonym do piłki do rugby, ramion betonowych oraz elementów łączących.
Zgodnie z komunikatem CSSC Xihua Construction, firmy odpowiedzialnej za rozwój materiału, projekt wprowadził cztery rozwiązania określane jako pierwsze na świecie: konstrukcję pływającą z UHPC w morskiej energetyce wiatrowej, wielkogabarytowe cienkościenne prefabrykowane elementy UHPC o dużej wnęce wewnętrznej, pływaki w układzie „powłoka z włókna szklanego + rdzeń XPS + powłoka ochronna” oraz opływowy układ dwóch wież, dwóch jednostek głównych i dwóch wirników wraz z systemem odciągów linowych.
Rozwiązanie ma zwiększać produkcję energii o 4,29 proc. i umożliwiać wieży wspomaganie ustawiania kierunku wobec wiatru. Prace nad projektem trwały pięć lat.
Pięć lat testów
Rozwój technologii OceanX poprzedziły lata testów. W kwietniu 2020 r. model platformy w skali 1:10 przeszedł próby na jeziorze Quarry w Niemczech, a następnie dwumiesięczne testy morskie na Bałtyku, podczas których konstrukcja przetrwała warunki odpowiadające prędkości wiatru do 72 m/s w skali pełnowymiarowej oraz fale o wysokości 30 metrów, uzyskując certyfikat wykonalności od DNV.
Jak wcześniej wspomnieliśmy, we wrześniu 2022 r. Mingyang oficjalnie zaprezentował projekt platformy o łącznej mocy 16,6 MW, a w kwietniu 2024 r. rozpoczął się montaż wieży na zwodowanej już podstawie pływającej.
Cały proces zakończył się uruchomieniem platformy w lipcu 2024 r. Jednostka została zainstalowana u wybrzeży miejscowości Shapa w powiecie Yangxi, w prowincji Guangdong jako część krajowego projektu badawczo-rozwojowego w ramach 14. planu pięcioletniego Chin.
Nowa generacja napędów — technologia MCD
Podczas tej samej październikowej konferencji Mingyang zaprezentował także nową generację technologii generatora wiatrowego określaną jako MCD (ang. medium-speed compact drive) — średnioobrotowy, kompaktowy napęd, mający obejmować pełną linię produktów lądowych i morskich firmy.
Producent opisuje nową platformę pięcioma atrybutami: wyższą niezawodnością (dzięki elastycznemu rozkładowi obciążeń i scentralizowanemu smarowaniu), wyższą efektywnością (dziedziczoną po średnioobrotowym łańcuchu napędowym, wspartą wydajniejszymi łopatami), lepszą kompatybilnością sieciową (adaptacją do różnych warunków sieci przesyłowej), niższymi kosztami (dzięki zintegrowanej konstrukcji redukującej liczbę komponentów) oraz większą inteligencją operacyjną (poprzez platformę AI do prognozowania pracy farm wiatrowych).
Nowa linia produktów ma obejmować zarówno lądowe farmy wiatrowe — w tym lokalizacje pustynne i wyżynne — jak i morskie, obejmujące m.in. Zatokę Bohai, Jiangsu, Szanghaj, Zatokę Beibu oraz głębokowodne akweny zachodniego Guangdongu i południowego Zhejiangu.
Firma podkreśla też wsparcie dla technologii przesyłu prądu stałego (HVDC) z wykorzystaniem prostowników diodowych (DRU), co ma obniżać koszty budowy morskich stacji przekształtnikowych (OSS) i zwiększać niezawodność przesyłu energii z instalacji oddalonych od lądu lub pracujących w izolowanych systemach sieciowych.
Nagrody i wcześniejsze kamienie milowe
Mingyang podkreśla, że jego morskie turbiny wiatrowe były wielokrotnie nagradzane tytułami takimi jak „World’s Best Offshore Wind Turbine”, „World’s Best Blade” oraz „World’s Best Drivetrain”.
Wcześniejsze kamienie milowe firmy w segmencie pływającej energetyki wiatrowej obejmują turbinę MySE5.5MW — określaną jako pierwszą na świecie odporną na tajfuny pływającą turbinę wiatrową — oraz MySE7.25MW, która jako pierwsza osiągnęła jednocześnie 100 km odległości od brzegu i 100 metrów głębokości wody.
Różnorodność mórz wymaga różnych koncepcji
Pływające platformy wiatrowe adresują jedno z kluczowych ograniczeń klasycznej morskiej energetyki wiatrowej — zależność od względnie płytkich wód, gdzie opłacalne jest posadowienie turbin bezpośrednio na dnie morskim. Znacząca część globalnego potencjału wiatru na morzu znajduje się jednak na akwenach głębszych niż 50–60 metrów, gdzie klasyczne fundamenty stają się ekonomicznie nieopłacalne lub technicznie niewykonalne. Rozwój technologii pływających — czy to w wersji stalowej, betonowej hybrydowej, czy jak w przypadku Mingyang w oparciu o UHPC — otwiera dostęp do tych zasobów.
Skok z platformy 16,6 MW do koncepcji 50 MW w ciągu nieco ponad roku pokazuje też tempo, w jakim chińscy producenci starają się zdobyć przewagę technologiczną w tym wciąż raczkującym segmencie rynku, konkurując m.in. z europejskimi i amerykańskimi projektami pływających farm wiatrowych.
Warto jednak podchodzić do deklarowanych parametrów nowej platformy 50 MW z pewną ostrożnością. W przeciwieństwie do platformy OceanX, która przeszła już lata testów i została fizycznie uruchomiona, nowa jednostka o mocy 50 MW została na razie zaprezentowana jako koncepcja produktowa, bez potwierdzonego harmonogramu budowy prototypu czy pierwszej instalacji komercyjnej.
Patrycja Rapacka
patrycja.rapacka@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy E-Magazyny Sp. z o.o.
Świetne rozwiązanie.