211service.com
Vindkraft som flyter
Utvecklare av vindkraftsparker till havs skulle älska att bygga på djupt vatten mer än 32 kilometer från stranden, där starkare och stadigare vindar råder och klagomål om skadade landskap är mindre sannolika. Men att bygga fundament för att stödja vindkraftverk i vatten djupare än 20 meter är oöverkomligt dyrt. Nu intensifierar teknikutvecklare arbetet med flytande turbiner för att göra sådana gårdar genomförbara.
Havsbunden: Sedan december har denna prototyp på 80 kilowatts flytande vindturbin absorberat vindenergi utanför Puglia, Italien, på 108 meter djupt vatten, bortom det ekonomiskt gångbara djupet för turbiner monterade på havsbotten. Data från maskinens interaktioner med vind och vågor kommer att informera om den slutliga designen och kontrollscheman för flytande turbiner i full storlek.
Flera företag är på väg att demonstrera system genom att låna rejält från olje- och gasplattformsteknologi till havs. I december, den holländska flytande turbin utvecklare Blue H Technologies lanserade en testplattform utanför Italiens södra kust; förra månaden tillkännagav företaget sina planer på att installera ytterligare en testturbin utanför Massachusetts, och eventuellt börja bygga en komplett vindkraftspark utanför den italienska kusten nästa år. Nära bakom är VINGLA , baserat i Bergen, Norge, som samlade in 29 miljoner dollar förra hösten och planerar att presentera en prototyp av sitt flytande vindturbin 2010.
Om dessa ansträngningar lyckas kan de öppna upp en resurs av enorm omfattning. Till exempel, enligt a Analys från 2006 av U.S.A. Department of Energy, General Electric och Massachusetts Technology Collaborative , havsbaserade vindresurser på Atlanten och Stilla havets kuster överstiger den nuvarande elproduktionen för hela den amerikanska kraftindustrin.
Framgången för den flytande turbinen kan vara nyckeln till att utnyttja den resursen. Vindkraftsparker som de som installerats i Danmark, Tyskland och andra europeiska vatten och som föreslagits för Nantucket Sound, i Massachusetts, lider av ett begränsat utbud av marin anläggningsutrustning som pålmaskiner och kranar. Emerging Energy Research, ett konsultföretag baserat i Cambridge, MA, sa förra veckan att den globala marknaden för vindkraft till havs skulle kunna nå 40 000 megawatt år 2020 – tillräckligt för att driva mer än 30 miljoner amerikanska hem, och mer än dubbelt så stor omfattning som fjolårets vindkraft. installationer över hela världen – men bara med kraftigt utökad kapacitet för marin konstruktion. Att bygga till och med 2 000 megawatt havsvind under de kommande fem åren kommer att kräva en betydande ökning av den marina leveranskedjan, enligt Keith Hays, konsultföretagets forskningschef.
Multimedia
Se konstruktionen och lanseringen av en flytande vindenergiplattform.
Flytande turbiner kan monteras på land och bogseras på plats, vilket gör att en ände löper runt flaskhalsen för offshorekonstruktionen. Plattformen som Blue H bogserade ut ur Brindisi hamn i Puglia, Italien, i vinter kallas en spännbensplattform, en konventionell olje- och gasplattformskonstruktion till havs som flyter under ytan, hålls stadigt på plats av kedjor som löper till stål eller betong ankare på havsbotten. Ovanpå installerat är ett 80 kilowatts vindturbin utrustad med sensorer för att registrera våg- och vindkrafterna som upplevs 10 kilometer till havs. Mycket större flytande versioner – 2,5 megawatts och 3,5 megawatts turbiner av den skala som används i dagens vindkraftsparker till havs – är under uppbyggnad av Blue H och kan installeras så snart som i höst.
Det som är ovanligt med Blue H:s design är turbinens tvåbladiga rotor – en design som förlorade mot trebladsdesignen på 1990-talet när vindkraftsindustrin skalade upp. Martin Jakubowski, Blue H medgrundare och teknikchef, säger att bullret och de skakande höga rotationshastigheterna som gjorde tvåbladsmaskiner till en förlorare på land är antingen irrelevanta eller ett plus offshore. Snabbare rotation ger samtidigt två fördelar. Jakubowski säger att frekvensen på 30 till 35 varv per minut, dubbelt så stor som en trebladig turbin, är mindre känslig för störningar från plattformens fram- och tillbakasvängning under vågverkan.
Turbinstruktur: Stålöverbyggnaden under denna vindturbin kallas en spännbensplattform, liknande det som används i olje- och gasplattformar till havs. När den väl har placerats offshore hålls plattformen stadigt på plats av kedjor som löper mot en stål- och betongmotvikt på havsbotten.
Snabbare rotation innebär också mindre vridmoment, vilket innebär att hela strukturen kan byggas lättare. (Se Wind Power for Pennies. ) Rotorn, växellådan och generatorn i Blue H:s 2,5 megawatt turbin kommer att väga 97 ton–53 ton lättare än den lättaste maskinen med samma effekt på marknaden. Det är en stor fördel, säger Jakubowski. För oss är vikten på topp något vi måste pressa upp. Turbinen och plattformen är i motsvarande grad billigare att bygga, säger han. Nettoresultatet, säger Jakubowski, borde vara en mycket konkurrenskraftig energikälla. Han uppskattar att Blue H:s vindkraftsparker kommer att leverera vindenergi för sju till åtta cent per kilowattimme, vilket ungefär motsvarar den nuvarande kostnaden för naturgaseldad produktion och konventionell vindkraft på land.
Och det kommer att vara utom synhåll och därmed, hoppas företaget, utom sinnet för konkurrerande lokala intressen som turism. Platsen utanför Cape Cod där Blue H avser att installera en testplattform nästa sommar för sin första amerikanska vindkraftspark kommer att vara 23 miles utanför kusten.
Blue H:s norska konkurrent SWAY använder en annan kombination av offshore-plattformsteknologi och turbindesign. SWAYs plattform är i grunden en sparboj som kan stiga och falla försiktigt med vågverkan, vilket kräver mindre förankring än spännbensplattformen. Bojen, en nästan 200 meter hög pelare, kommer att hållas på plats av en 2 400 ton tung grusbarlast på havsbotten. Dess turbin är trebladig, men i motsats till konventionella landbaserade turbiner tillåts den att vända mot vinden snarare än att hållas uppåt för att bättre klara krängning av tornet.
Paul Sclavounos, en maskiningenjör och specialist på marin arkitektur vid MIT, vars labb designar båda typerna av strukturer för havsturbiner, säger att båda företagen har valt genomförbara flotationsmetoder, även om han tror att spar-metoden som SWAY använder kommer att bli bättre anpassad till tuffare vatten. Han säger att Blue H:s plattform kan fungera utanför den italienska kusten, men att förankra den för att hantera vågorna på 30 till 40 meter som New Englands stormar kan piska upp kanske inte är ekonomiskt. Kostnaden som verkligen driver den här verksamheten är i första hand grunden, säger Sclavounos.
Där han ifrågasätter båda företagen är deras beslut att göra om vindkraftverken. Sclavounos säger att hans grupp designar både rundor och plattformar för att bära konventionella fem-megawatt-turbiner konstruerade för offshore-applikationer på land eller grunt vatten. Du vill inte designa om turbinerna för offshore-utbyggnad eftersom det kommer att bli väldigt dyrt, och det är förmodligen inte nödvändigt tidigt, säger han.
Enligt Sclavounos uppfattning närmar sig kraftindustrins ekonomi redan en tipppunkt som kommer att driva på snabb användning av flytande turbiner. Tekniken är i huvudsak beprövad, säger han. Vi vet att vi kan designa [plattformar] och rullar som inte kommer att röra sig i stora stormar. Det som kommer att leda till att denna industri tar fart är ekonomin. När marknaderna för handel med utsläppsrätter börjar mogna kommer du att se denna industri ta fart, även utan statliga subventioner. Vi är inte långt ifrån det.