Jak zwiększyć udział polskich firm w budowie morskich farm wiatrowych na Bałtyku i w innych częściach świata? Jak uczynić je nie tylko podwykonawcami, ale również głównymi wykonawcami? Obecnie wśród branżowych spotkań oraz na specjalistycznych portalach trwają dyskusje na temat budowy statku WTIV (Wind Turbine Installation Vessel) dla polskiego armatora. Warto jednak pamiętać, że jednostki WTIV są ważnym elementem budowy farm wiatrowych i stanowią spektakularną część procesu budowy, ale rozwój morskiej energetyki wiatrowej może skutkować pojawieniem się nowych rozwiązań, które zrewolucjonizują rynek instalacyjny.

Rys 1. Jednostka WTIV zbudowana w stoczni Crist w Gdyni (foto: Jan de Nul)

Coraz więcej krajów ogłasza plany budowy farm wiatrowych na morzu, a kraje, które już posiadają takie farmy, rozszerzają swoje plany dwu- lub nawet trzykrotnie w stosunku do początkowych zamierzeń. Według informacji opublikowanych na energyfacts.eu, morska energetyka wiatrowa w ciągu ostatnich miesięcy urosła o 20% dzięki nowym, zakontraktowanym projektom. To powinno przyczynić się do dalszego rozwoju branży morskiej energetyki wiatrowej i zwiększenia zainteresowania nią inwestorów.

Z drugiej strony, należy zauważyć, że cały łańcuch logistyczny związany z budową morskich farm wiatrowych jest niezrównoważony i wymaga szybkiego wsparcia. Brak mocy instalacyjnych, o czym mówi się od 2020 roku, może zagrozić realizacji ambitnych planów na całym świecie.

Aktualnie pozyskanie nowej jednostki WTIV do budowy farm wiatrowych zajmuje około 4-5 lat od momentu złożenia zamówienia, obejmując projektowanie, budowę oraz wyposażenie w specjalistyczne i niezbędne urządzenia. Dodatkowo konieczne jest zdobycie doświadczenia operacyjnego, aby móc efektywnie i bezpiecznie korzystać z tego typu jednostek, co również wymaga czasu. Projekty techniczne WTIV są praktycznie dostarczane tylko przez dwa biura projektowe: GustoMSC z Holandii oraz Knut E. Hansen z Danii. Natomiast stocznie zdolne do budowy tych jednostek znajdują się głównie w Azji, w Chinach i Korei Południowej. Biorąc pod uwagę powyższe, coraz mniej prawdopodobne staje się pojawienie się polskiego armatora zdolnego do takiej inwestycji w przewidywalnym czasie, ze względu na kwestie kapitałowe, organizacyjne oraz logistyczne. Dodatkowo warto zadać pytanie, czy w związku z taką sytuacją zamówienie jednostki WTIV ma sens z punktu widzenia dalszego gwałtownego rozwoju technicznego w tej dziedzinie energetyki.

W latach 2010–2016 stocznia Crist z Gdyni we współpracy z trójmiejskimi biurami projektowymi dostarczyła 4 jednostki samopodnośne do budowy farm wiatrowych oraz konstrukcji autostrad dla zagranicznych armatorów (Thor, Innovation, Vidar oraz Zourite). Nabyte doświadczenie stanowi ogromny kapitał, który jest w posiadaniu polskich przedsiębiorców i jest unikalny w Europie. Stocznia Crist jest naszym narodowym championem w budowie jednostek WTIV na skalę Europy. Niestety, do tej pory żaden polski armator nie zdecydował się na zamówienie jednostki WTIV, zarówno z polskiej, jak i zagranicznej stoczni. 

Co z samą koncepcją WTIV?

Patrząc na rynek oraz najbliższą przyszłość, w której morskie turbiny wiatrowe będą coraz większe, a deweloperzy będą dążyć do obniżania kosztów produkcji energii elektrycznej, koncepcja WTIV może ulec wyczerpaniu z powodu technicznych ograniczeń, takich jak:

W związku z tym pojawia się wiele innowacyjnych pomysłów, które mogą całkowicie zmienić sposób instalacji farm wiatrowych w przyszłości. Jednym z takich pomysłów jest już nawet stosowanie technologii bezzałogowych statków, które mogą być zdalnie sterowane z lądu i skonfigurowane do instalacji turbin wiatrowych. Innym pomysłem jest zastosowanie platformy umożliwiającej instalację całych turbin wiatrowych bezpośrednio z jednostki pływającej, co pozwoli na przeprowadzenie operacji w bardziej wymagających warunkach pogodowych i na głębszych wodach. Warto zaznaczyć, że te innowacyjne pomysły są wciąż w fazie rozwoju i testów, ale dają nadzieję na przyszłość morskiej energetyki wiatrowej.

Efektywne wykorzystanie WTIV

Warto wziąć pod uwagę doświadczenia płynące z rynku amerykańskiego, gdzie obowiązuje tzw. Jones Act, który ogranicza możliwość swobodnej żeglugi między portami amerykańskimi jednostek niezbudowanych w USA. W związku z tym, powstaje koncepcja, aby jednostki WTIV pozostawały przez maksymalnie długi czas w miejscu montażu bez zawijania do portu. Natomiast turbiny, paliwo, żywność, woda oraz załogi byłyby dowożone do pracującej jednostki WTIV przez flotę holowników i barek. Ten łańcuch zaczynający się w porcie instalacyjnym a kończący się na farmie zapewniałby stały dopływ niezbędnych materiałów do miejsca budowy farmy. Według informacji podanych przez Maersk, możliwe jest w ten sposób osiągnięcie podniesienia efektywności montażu o 30% w stosunku do tradycyjnego sposobu pracy, gdzie WTIV samodzielnie transportuje turbiny z portu instalacyjnego.

Maersk wraz ze swoim partnerem GustoMSC uważają, że takie rozwiązanie ma wiele zalet, w tym możliwość wykorzystania małych portów do załadunku turbin na barki oraz zmniejszenie zależności operacji transportowych od warunków meteorologicznych. Taka koncepcja może mieć wpływ na koszty budowy farmy wiatrowej, a także na wydajność samej jednostki WTIV.

Rys 2. Koncepcja WTIV wraz z jednostką transportującą materiały (foto: Maersk Supply Service)

Systemy instalacji samopodnośne, wykorzystujące wieżę turbiny

Do takich innowacyjnych systemów można zaliczyć WindSpider, który to jest w fazie rozwoju w Norwegii. Jest to system wykorzystujący wieżę turbiny wiatrowej do samodzielnego wznoszenia się żurawia. System ten ma być transportowany na pole wiatrowe gdzie jest zainstalowany fundament. Do fundamentu przyczepiony zostaje żuraw który wykorzystuje kolumnę turbiny oraz elementy masztu którym jest obudowaywana kolumna turbiny do wznoszenia się żurawia na zadaną wysokość gdzie będzie instalowany generator a potem łopaty wirnika. Po ukończeniu montażu turbiny wiatrowej, system dokonuje samodzielnego demontażu w odwrotnym kierunku, opuszczając się po elementach masztu i dokonując jednocześnie rozbiórki. WindSpider może być transportowany na jednostkach offshore, które posiadają odpowiednio dużą powierzchnię pokładu oraz żurawie, umożliwiające przenoszenie sekcji systemu na fundament turbiny i rozpoczęcie procesu podnoszenia.

Twórcy koncepcji, na łamach Offshore Support Journal, zapewniają, że nie bedzie on wymagał zmian w turbinach, będzie dostosowany do prędkości wiatru oraz wysokości fali w których obecnie odbywają sie instalacje. System eliminuje konieczność stosowania specjalistyczch jednostek WTIV a z drugiej strony będzie skalowalny dla turbin o rozmiarach powyżej 15MW. Dodatkowo system tem może być stosowany w portach, na morzu oraz na pływających fundamentach.

System ten jest przwidziany do pierwszych testów w 2024 roku a obecnie przechodzi kwalifikację w przez DNV.  Również inne firmy rozwijają podobne koncepcje Deme Offshore i Liftra, Obayashi i Wind Lift, Nekkar i SkyWaker.

Rys 3. Koncepcja Wind Spider (foto: Wind Spider)

Instalacja turbiny w całości

Firma Offshoretronic proponuje aby turbiny wiatrowe były instalowane w całości jako jeden zespół. Na świecie jest dostępnych wiele jednostek DrillShip, które charakteryzują się bardzo dużą wypornością, systemami dynamicznego pozycjonowania, wytrzymałymi pokładami oraz nadają się do szybkiej konwersji. Aramtorzy szukają dla tych jednostek innego miejsca zatrudnienia niż przemysł „oil and gas”. Instalacja farm jest jedną z takich potencjalnych możliwości.

Koncepcja Offshoretronic opiera sie na przystosowaniu jednostki do transportowania turbiny wiatrowej z portu instalacyjnego do miejsca montażu w całości. Turbina jest umieszczana w konstrukcji chwytającej która jest częścią żurawia pokładowego typu „heavy lift crane”. 

Rys 3. Koncepcja instalacji turbin Offshoretronic (foto: Offshoretronic, Luxxion.com)

Rozwiązanie to  umożliwia szybki załadunek turbin wiatrowych w porcie przez podjęcie już zmontowanych turbin, transport ich w całości na farmę i tam posadowienie ich na fundamentach. Jak deklarują twórcy koncepcji, system ten ma wiele zalet, a najważniejsze to: pominięcie procesu podnoszenia i opuszczania nóg jak na WTIV, obniżenie kosztu instalacji o 40% i obniżenie ilości zużywanego paliwa o 15% przez jednostkę w stosunku do WTIV oraz wyższy stopień zmontowania turbiny co skraca czas uruchomienia do pracy. 

Podsumowując, obecnie mamy najlepsze w historii naszego kraju warunki do rozwoju nowej gałęzi gospodarki morskiej. Budowa morskich farm wiatrowych na morzu powinna pobudzić potencjał polskich firm. Wprowadzenie innowacyjnych podejść do montażu turbin wiatrowych może pomóc w rozwiązaniu spodziewanego problemu braku możliwości instalacyjnych. Może się również okazać się, że obecnie budowane jednostki WTIV szybko staną się przestarzałe. W przyszłości koncepcja WTIV może być niewystarczająca do instalacji coraz większych turbin wiatrowych na morzu, dlatego konieczne są dalsze badania i rozwój w tym obszarze. Ważne jest wspieranie polskich przedsiębiorców, aby również brali udział w tym dynamicznym rozwoju. W tym celu niezbędne są właściwe inwestycje, wsparcie finansowe oraz szkolenia i kursy dla pracowników branży morskiej. Polska ma już doświadczenie w budowie jednostek dla farm wiatrowych, co jest niezwykle ważne, ale potrzebujemy również nowych rozwiązań. Gospodarka morska w Polsce wymaga ciągłego rozwoju, inwestycji i innowacji, a także uważnego monitorowania trendów i zmian na rynku. 

Andrzej Kłudka

Andrzej Kłudka ukończył Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa oraz Wydział Zarządzania i Ekonomii Politechniki Gdańskiej. Dodatkowo ukończył studia podyplomowe Morska Energetyka Wiatrowa Politechniki Gdańskiej. Inżynier, manager oraz wykładowca w branży stoczniowej i mechanicznej. Obecnie pracuje w towarzystwie klasyfikacyjnym RINA Poland. Poprzednio w Damen Engineering Gdańsk na stanowisku Lead Naval Architect/Chief Designer oraz jako Kierownik Projektu. W latach 2013-2017 pracował w TTS Polska gdzie był Kierownikiem Projektu, Inżynierem prowadzącym oraz Specjalistą ds. produktów. W okresie od 2005-2013 pracował w towarzystwie klasyfikacyjnym DNV jako Kierownik Projektu, Specjalista ds. zatwierdzania, inspektor.
W DNV Norway zaangażowany przez ponad 2 lata w prace obliczeniowe nad platformami offshore koncernu ConocoPhillips w celu wydłużenia czasu eksploatacji. Wykładowca w DNV Academy, wykładowca studiów podyplomowych Politechniki Gdańskiej i Uniwersytetu Morskiego w Gdyni, autor specjalistycznych kursów szkoleniowych dla polskich i zagranicznych firm z branży okrętowej.