Innowacyjna konstrukcja norweskiego start-upu World Wide Wind, w której dwa "przeciwbieżne" wirniki umieszczone są na smukłej konstrukcji wieży-dźwigara, ma sprawić, że koszt energii w tej technologii spadnie poniżej 50 USD/MWh, pisze Darius Snieckus na łamach portalu rechargenews.com.

Pływające turbiny wiatrowe o pionowej osi obrotu (VAWT) - zaprojektowane z łopatami ustawionymi pod kątem do wieży, a nie pionowo, jak w zdecydowanej większości tego typu przemysłowych modeli – od dawna są zapowiadane przez wielu inżynierów offshore jako klucz do wykorzystania w nadchodzących latach ogromnych zasobów wiatru o dużej prędkości, na głębokich wodach.

Pomimo wyraźnych zalet konstrukcyjnych w stosunku do konwencjonalnych wersji trójłopatowych, w tym braku przekładni i systemów chłodzenia oraz możliwości masowej produkcji, tańszych i bardziej wytrzymałych wirników, a także generatorów wbudowanych na poziomie wody zamiast wysoko w gondoli, co ma na celu zwiększenie stabilności i ułatwienie dostępu do konserwacji i napraw w trakcie eksploatacji, VAWT jak dotąd nie zdołały przebić się na rynku, a obecnie w fazie aktywnego rozwoju znajduje się zaledwie kilka modeli (patrz panel poniżej).

Norweski twórca technologii World Wide Wind (WWW) uważa, że udało mu się rozwiązać ten impas jednym słowem: kontrakcja. Firma z Oslo twierdzi, że jej przyciągający uwagę projekt, w którym dwa wielokierunkowe wirniki są rozstawione na konstrukcji wieżowej, zakotwiczonej do dna morskiego za pomocą nowatorskiego systemu cumowania w kształcie wieżyczki, może być przełomem w branży, eliminując "destrukcyjne poziomy momentu obrotowego i wibracji" oraz obniżając koszt energii (LCOE) pływającego wiatru do 50 euro/MWh z obecnego ponad 2,5-krotnie wyższego poziomu.

– Wierzymy, że może to być 'moment Tesli' dla floating offshore – mówił dla portalu rechargenews.com Stian Valentin Knutsen, założyciel WWW, który wraz z szefem technologii Hansem Bernhoffem opracował innowacyjną konstrukcję przeciwbieżnej turbiny pionowej (CVRT).

– W ciągu ostatnich dziesięciu lat było wiele główkowania nad pływającym wiatrem, ale nie ma dziś rozwiązania do jego komercjalizacji. Uważamy, że obecna ścieżka również nie rozwiąże tego problemu, czyli doprowadzenia technologii do LCOE, które będzie konkurencyjne – dodał ekspert.

Kontrrotacyjna konstrukcja WWW, która, jak szacuje firma, może być skalowana do gigantycznego modelu o mocy znamionowej 40MW, została zaprojektowana tak, aby zneutralizować moment obrotowy na wieży – dobrze rozpoznany show-stopper dla VAWT – a ponieważ zarówno stojan, jak i wirniki koncepcji obracają się jednocześnie, umożliwiło to użycie "prostszego, lżejszego i tańszego generatora" przy jednoczesnym "uzyskaniu dwóch turbin połączonych w jedną".

– Zintegrowany projekt może być również wykonany od początku, aby jeszcze bardziej obniżyć koszty – podsumował Knutsen, wskazując na środowisko współpracy między partnerami, w tym norweskimi firmami badawczo-rozwojowymi Sintef i North Wind, Uniwersytetem w Uppsali i organem klasyfikacyjnym DNV.

– Bitwa toczy się na morzu, na 60 metrach i głębiej, więc potrzebne są struktury pływające. Nasza koncepcja odchodzi od złożoności technologii trójłopatowej, która została zaprojektowana dla lądu lub w najlepszym przypadku stałych fundamentów –  mam na myśli, że nikt nie myślał o pływających formach, kiedy zaprojektował pierwsze turbiny – i rozwiązuje wiele problemów wokół skalowania, co jest kluczem do cięcia kosztów – stwierdził prezes Trond Lutdal.

Komponenty składające się na koncepcję floating CRVT firmy World Wide Wind Zdjęcie: WWW

Smukły profil CRVT, który przechyla się w wodzie wraz z wiejącym wiatrem, "część osi pionowej i poziomej", jak zauważają inżynierowie, ma również "znacznie niższy" efekt wake niż tradycyjny wirnik, co oznacza, że deweloper może "zmniejszyć o połowę odległość między turbinami na farmie wiatrowej, co jest ważne dla wydajności w przechwytywaniu wiatru w obszarze lokalizacji projektu".

– Cztery razy więcej turbin naszej konstrukcji, niż konwencjonalne modele, mogłoby zostać zainstalowanych na danym obszarze – Utsira Nord [jedna z dwóch stref otwieranych na rozwój morskiej energetyki wiatrowej przez rząd norweski], na przykład, mogłaby mieć moc 6GW, a nie 1,5GW [obecny limit mocy] – dodaje prezes.

– Ludzie mówią o rentowności pływającego wiatru i o tym, że wkrótce stanie się on konkurencyjny... ale potrzebna jest stopniowa zmiana w technologii, aby naprawdę odpowiedzieć na pytanie 'jak' – kontynuował Lutdal.

Bardzo duża część tego "jak" w rzeczywistości bezpośrednio nie ma nic wspólnego z koncepcją turbiny.

–  Norwegia jest fantastycznym punktem wyjścia [dla sektora pływających elektrowni wiatrowych], biorąc pod uwagę naszą morską i naftowo-gazową historię, naszą zaawansowaną technologicznie kulturę przemysłową, silną tradycję partnerstwa publiczno-prywatnego – i oczywiście nasze wielkie zasoby morskiej energii wiatrowej – podsumował Lutdal.

Pomimo tych atutów oraz licznych raportów rynkowych podkreślających potencjał transformacji przemysłowej, sektor morskiej energetyki wiatrowej w Norwegii nadal składa się tylko z dwóch jednostek: Hywind Demo wdrożonej przez Equinor w 2009 roku i od tego czasu przebudowanej na centrum badawczo-rozwojowe o nazwie Zephyros, oraz Stiesdal TetraFloat, która obecnie przechodzi testy morskie wspierane przez Shell, RWE i Tepco.

Analitycy Menon Economics obliczyli niedawno, że krajowy rynek pływających elektrowni wiatrowych stworzyłby 50 tys. miejsc pracy i przyniósłby ponad 10 mld dolarów rocznego obrotu, ale nadal jest opóźniany przez brak jasności co do "konkretnych ambicji" ze strony rządu.

Norwegia wyznaczyła swój pierwszy długoterminowy cel w zakresie morskiej energetyki wiatrowej, którym jest odblokowanie terenów pod 30 GW mocy do 2040 roku, w oparciu o 4,5 GW stałych i pływających projektów demonstracyjnych, które mają powstać w ramach flagowej rundy aukcyjnej.

– Patrząc dziś na floating offshore z historycznego punktu widzenia, możemy powiedzieć [w Norwegii], Robiliśmy to już wcześniej, od lat 70. w morskiej branży naftowo-gazowej, ale wiele, wiele lat wcześniej niż w morskiej.

 Z punktu widzenia rynku, mamy wiedzę na temat rozwoju technologii offshore, ludzi i zestawy umiejętności do rozwiązywania złożonych problemów przemysłowych. A klimat polityczny się zmienia [na korzyść morskiej energetyki wiatrowej] – mówi Lutdal.

– Nie mogę się wypowiadać w imieniu norweskiego rządu, ale wierzę, że jesteśmy wreszcie gotowi do podjęcia poważnych wysiłków w celu [przyspieszenia rozwoju sektora] – kontynuuje Lutdal.

Innowacje nowej generacji w zrównoważonym rozwoju

Innowacja następnej generacji płynie w żyłach koncepcji WWW, z tańszymi materiałami na wieżę i fundamenty – aluminium zamiast stali - oraz włóknem szklanym z recyklingu zamiast włóknem szklanym i węglowym do produkcji łopat – "uwzględnionymi" w nadchodzących projektach.

– Istnieje na pierwszej inspekcji pięć lub sześć obszarów, w których możemy zobaczyć prawdziwe możliwości dla większego zrównoważonego rozwoju w CRVT niż w przypadku turbin o poziomej osi – mówi Lutdal.

Fot. WWW

WWW ma na celu przyspieszenie rozwoju technologii poprzez "szybkie prototypowanie", aby do 2026 roku CRVT osiągnęła model 3MW, a następnie wykonała skok do gigantycznej konstrukcji 40MW do 2029 roku, "obracając po drodze projekty dla szeregu zastosowań morskich", w tym stacji ładowania na głębokich wodach, akwakultury zasilanej energią odnawialną i wytwarzania zielonego wodoru.

– Nadszedł właściwy czas na przetestowanie tej technologii. Pięć lat temu, nie sądzę, aby to popłynęło. Ale w obliczu kryzysu energetycznego w Europie, transformacji energetycznej na świecie, braku – według nas – rozwiązania dla pływających, które naprawdę zasadniczo zmieni ich ekonomikę. Znajdujemy się w punkcie zwrotnym – podsumował prezes.