Больше, смелее, тяжелее

Сцилла Seajacks (Фото: Seajacks)

Рынок ветроэнергетики в Европе растет быстрее, чем кто-либо ожидал - не в последнюю очередь с точки зрения устанавливаемых компонентов. Может ли это быть проблемой для существующего парка установки?

В то время как оффшорный ветер рассматривается многими как зрелый рынок в Европе, а первые оффшорные проекты, запланированные на субсидии, планируются не без проблем.

В Европе имеется более 18 гигаватт (ГВт) установленной мощности ветровой энергии в море. В прошлом году было добавлено 2,4 ГВт, и ожидается, что это будет то, сколько будет добавлено в год в течение следующих 10 лет, по словам консультанта и аналитиков Вуда Маккензи.

Великобритания, Германия и Нидерланды являются крупнейшими рынками, в то время как Франция также приближается, планирует начать подачу электроэнергии в сеть в 2020/2021 гг., А Бельгия и Польша раскрывают свой потенциал.

Огромное внимание уделялось снижению затрат, что произошло - быстрее, чем ожидалось, особенно в последние 2-3 года. Действительно, первые заявки с нулевой субсидией были сделаны для оффшорных ветропарков в 2017 году, когда немецкая EnBW и датская Ørsted подали заявки на немецкие проекты.

«Большая часть [снижения затрат] связана с более быстрым циклом проектирования в эволюции турбины», - говорит Шаши Барла, старший аналитик Wood Mackenzie, когда производители турбин быстрее представляют новые, более крупные системы. «Турбины мощностью от 12 до 14 мегаватт (МВт) могут быть доступны в сроки этих проектов. Это может быть экономически эффективным и обеспечить мощность при нулевой субсидии ». Но более быстрый цикл проектирования означает, что более широкая отрасль должна столкнуться с более коротким циклом поставок, говорит он.

Не так давно - 2011/2012 годы - владельцы судов строили активы для промышленности, производящей турбины мощностью 6 МВт. В этом году турбины мощностью 9,5 МВт с роторами диаметром 164 метра будут установлены на морской ветроэлектростанции Northwester 2 в Бельгии. Siemens Gamesa также будет создавать прототип своей турбины SG 10.0-193 DD мощностью 10 МВт с ротором диаметром 193 метра в Датском национальном испытательном центре для больших ветровых турбин в Эстерильде, Дания. Фирма ожидает, что турбина станет коммерческой к 2022 году. Тем временем GE работает над устройством Haliade-X мощностью 12 МВт. «Возможно, пройдет не так много времени, пока не будет разработана мощность 14 МВт», - говорит Барла.

Впечатление художника от морской ветровой турбины Siemens Gamesa 10 МВт (Фото: Siemens Gamesa)

Между тем, по данным британской палаты судоходства, в 2017 году оффшорные турбины были установлены на средней глубине 27,5 метра и в среднем находились в 41 километре от берега. В прошлом году эти цифры все больше уходили в 100-150 километров от берега, где на глубине 40-50 метров устанавливались стационарные турбины.

Это оказывает давление на подрядчиков по установке, и возникают вопросы по поводу того, есть ли на рынке мощности. «Если сегодня компании не вкладывают средства в эти суда и другое оборудование завода, может возникнуть затруднение при обращении с этими большими турбинами и лопастями», - говорит Барла. «Мы говорим уже о 100-метровых ножах и тяжелых компонентах. Некоторые компоненты гондолы вы говорите 800 метрических тонн. Вам действительно нужны большие машины, большие краны, чтобы справиться с ними ».

Арнштейн Экнес, директор сегмента оффшорных судов в классификационном обществе DNV GL, говорит, что при установке более крупных турбин есть два ключевых аспекта; более длинные лезвия и более тяжелые гондолы. «Сегодня мы говорим о лезвиях, может быть, длиной 100-105 метров. Гондолы являются самым тяжелым компонентом, и их необходимо поднимать на 130-140 метров в воздух, поэтому расстояние до подъемника является проблемой. Мы видим, что суда для установки ветряных электростанций, построенные изначально, сегодня слишком малы, без модернизации новых кранов. Даже те, которые были построены 6-7 лет назад, слишком малы и модернизируют более крупные краны, что является непростой задачей. Краны, возможно, были рассчитаны на 300-400 метрических тонн, а теперь должны быть на 700, 800, 900, а может быть, даже 1000 метрических тонн. Речь идет о весе и высоте.

Но это не единственные проблемы, говорит он. Эти суда в основном должны поднять для выполнения операций по установке. «Затем нам необходимо пересчитать прочность и всю систему подъема домкрата, чтобы поднять эти компоненты. Таким образом, модифицировать кран на самом деле непросто, и владельцам судов по установке ветровых турбин (WTIV) непросто знать, как подготовиться к тому, что будет делать конечный потребитель », - то есть к тому, как пойдут большие турбины.

Действительно, некоторые разработчики уже искали согласия на использование турбин мощностью 20 МВт для разработки в Северном море, где диаметр ротора может достигать 280 метров. «Это удваивает вес и мощность существующей крупнейшей ветряной турбины», - говорит Экнес.

Хотя это может оказать большее давление на рынок WTIV, это может также привести к уменьшению количества строящихся турбин; с турбинами мощностью 20 МВт вместо блоков по 10 МВт для создания фермы такого же размера потребуется установить половину числа турбин. Но это также может означать дополнительную сложность, говорит Экнес, что может означать, что существует практический предел размера турбин, который превышает технический предел. Это очень сложное инвестиционное решение для операторов WTIV.

Некоторые вкладывают
Всего через четыре года после выхода на рынок оффшорной ветроустановки бельгийская компания Jan de Nul делает заказ с Voltaire по заказу COSCO Shipping Heavy Industry в Китае. Новостроенная, которые должны быть поставлены в 2022 году, будет иметь грузоподъемность 3000 метрических тонн, используя ногу Huisman окружая крана и подъема способности до 270 метров в глубину воды до 80 метров. «Voltaire сможет установить на непревзойденную высоту ступицы до 165 метров со стандартной стрелой», - говорит менеджер Offshore Renewables в Jan de Nul, Питер Де Путер. «Это позволит установить турбины следующего поколения с лопастными концами, которые могут оказаться на высоте 270 метров над уровнем моря».

Voltaire стоит на вершине морских инсталляционных судов Jan de Nul, Vole auvent, приобретенных всего четыре года назад, и Taillevent, которые способны устанавливать турбины мощностью до 10 МВт, заявляет фирма. «Они могут поднимать все компоненты до фактической максимальной высоты ступицы 120 метров», - говорит Ян де Нул.

«Следующее поколение турбин 10MW + станет проблемой для всех установочных судов, доступных в настоящее время на рынке», - говорит Де Путер. «Фундаменты будут тяжелее; лезвия будут длиннее. Размер, вес и высота будут ограничивать количество турбин, которые могут транспортироваться за цикл [на борту современного парка установки], до одной или максимум двух. Судно с соответствующими техническими характеристиками является ответом на этот вызов ».

De Pooter видит более широкий рынок для этого судна. «Оффшорный ветер за пределами Европы и Китая начинает развиваться», - говорит он. «Тайвань работает над своими первыми полномасштабными ветряными электростанциями, и Jan De Nul Group является одним из основных подрядчиков для двух первых контрактов на проектирование, закупки и строительство (EPC): ветроэлектростанция Formosa 1 мощностью 120 МВт в 2019 году и ветроэлектростанция Changhua мощностью 110 МВт в 2020 году. Оба ветропарка в настоящее время находятся в стадии строительства ».

Вольтер (Источник: Ян Де Нул)

Компания Seajacks из Великобритании работает в оффшорном ветроэнергетическом бизнесе с 2006 года. С тех пор она построила откатные подъемники Kraken, Leviathan, Hydra, Zaratan и, совсем недавно, Scylla. Seajacks ожидает увидеть турбины следующего поколения, например. 12 МВт, в количестве от 2023-25, и обсуждается с разработчиками вопрос установки блоков 12 или 15 МВт со Scylla, который вступил в строй в 2016 году и имеет кран для опоры ног в 1500 метрических тонн и может работать на высоте до 65 метров. глубина воды.

«Мы думаем, что на рынке все еще есть достаточное количество судов, которые могут устанавливать большие повороты ветра [в зависимости от характеристик площадки], когда они прибывают на рынок. Тем не менее, чтобы установить турбины мощностью 10-15 МВт, многие существующие блоки должны быть модернизированы и модифицированы, чтобы оставаться актуальными », - говорит Макс Патерсон, коммерческий менеджер Seajacks. «Основными проблемами для более старых судов меньшего размера на рынке будут высота крюка для гондол и переменная нагрузка на палубу, чтобы перевозить более тяжелые и большие компоненты, а также пространство палубы. Это означает, что появятся новые краны, удлинители для ног и т. Д., И вполне вероятно, что эти необходимые обновления окажут негативное влияние на скорость установки этих судов ».

Сказав это, Патерсон также считает, что спрос и предложение должны быть хорошо сбалансированы. «Рынок может стать напряженным через несколько лет, в пиковые месяцы установки за лето, если несколько проектов планируется в одно и то же время», - говорит он. И наоборот, обеспечение использования судов также является ключевым фактором для владельцев, поэтому Патерсон ожидает, что судам WTIV потребуется работать по всему миру на различных новых рынках, таких как Азия и США.

«Более крупные турбины, например, 10–15 МВт, будут означать, что для достижения генерирующей мощности ветроэлектростанции потребуется меньшее количество турбин, что, вероятно, приведет к сокращению дней использования судовладельцами», - говорит Патерсон. «Это уже задача - держать суда занятыми круглый год».

«У нас уже есть чрезвычайно конкурентоспособная цепочка поставок WTIV, - добавляет он, - с большим количеством экономически эффективного оборудования на рынке. Будет ли смысл перемещать вес и габариты турбин до уровня, на котором подходят только два или три судна? Только время покажет, но, учитывая свирепый акцент на снижении затрат, особенно на установку, я уверен, что разработчики и производители турбин будут очень внимательно следить за динамикой спроса и предложения на рынке WTIV ».

Петтер Фэй Сёйланд, руководитель отдела инжиниринга датской фирмы Fred. Olsen Windcarrier соглашается с тем, что для перехода на турбины мощностью более 10 МВт многие старые суда в флоте необходимо будет модифицировать в соответствии с требованиями по высоте подъема и грузоподъемности. «Большая часть парка самосвалов в ветроэнергетике способна устанавливать 8 МВт, за некоторыми исключениями», - говорит он.

Фред. По его словам, в настоящее время флот Olsen Windcarrier подходит для установки блоков мощностью 10 МВт. «Храбрая крачка и полужирная крачка [джекпоты] были полностью улучшены. Оба были подвергнуты удлинению на 14 метров для управления оффшорными участками с более глубокими водами и более высокими штормами выживания, такими как бассейн Северного моря. Кроме того, стрелы кранов были модернизированы с помощью 20-метровой стрелы, что позволяет им устанавливать турбины с более высокой высотой ступицы. Brave Tern и Bold Tern заменили палубный кран, чтобы обеспечить подъем инструментов и оборудования к переходному элементу для более быстрой и эффективной установки. Кроме того, суда подверглись модификациям и усилению под палубой, а также модификациям расположения танков для повышения вероятностной устойчивости повреждений; и то, и другое позволяет перевозить более высокие и более тяжелые компоненты турбины ».

Храбрая крачка и смелая крачка в порту Эсбьерг (Фото: Фред. Ольсен Ветряная)

Потенциал для срыва?
Другие ищут альтернативные инженерные методологии, чтобы сделать установку на море проще. В сентябре прошлого года тяжеловесное судно Aegir компании Heerema Marine Contractors, запущенное в качестве своего рода «швейцарского армейского ножа» для нефтяной промышленности во время своего бума в 2013 году, установило новую концепцию ветрогенератора, названную Delft Offshore Wind Turbine Concept (DOT). всего за один час, используя первую в отрасли концепцию скользящего соединения.

Ветровая турбина DOT уже была установлена на моноблоке, соединенном скользящим шарниром, и была поднята в один подъем эгидой с набережной Сиф Роттердама и доставлена на место установки, в ветропарк Eneco Princess Amalia. Там Aegir установил его как плавучее судно с использованием динамического позиционирования.

Соединение скольжения было разработано в рамках проекта морских совместных исследований (SJOR), начатого в 2016 году в сотрудничестве с партнерами по исследованиям TU Delft, TNO, Van Oord и Sif group и заинтересованными сторонами проекта Eneco и Heerema Marine Contractors. на трение, где вес обеспечивает прочное и стабильное соединение. Это означает, что установка выполняется путем простого надевания ветровой турбины на моноблок без использования затирки или болтов, что сокращает затраты, материалы, оборудование, персонал и график работы, говорит Heerema Marine Contractors.

Между тем, испанская фирма Esteyco возглавляет консорциум ELICAN, который разработал и установил прототип 5-мегапиксельной самоустанавливающейся телескопической башни Elisa, который уменьшит потребность в установочных судах.

Прототип системы был установлен на глубине 30 метров в августе прошлого года - с использованием WiFi - на шельфе Гран-Канарии, Испания, и начал производить электроэнергию в марте. Он состоит из самоплавающей гравитационной конструкции (GBS) и самоподъемной телескопической башни, обе из бетона, с турбиной Siemens Gamesa мощностью 5 МВт сверху. Конструкция может быть полностью собрана на берегу, включая турбину, а затем отбуксирована на место установки, где после балластировки ГБС на морское дно используются обычные тяжелые домкраты, которые используются для подъема одного уровня башни за другим, поднимая две секции в общей сложности 960 метрических тонн в их окончательных позициях. Извлекаемые гнезда, которые поднимают каждый уровень поддерживаются приведенной ниже, который также направляет водрузил трубку, как он поднимается, в процедуре самоустанавливаемом, в котором сама башня является единственной опорной конструкции требуется. Все работы выполняются с единой платформы доступа, которая удаляется после установки турбины.

Консорциум, в состав которого входят Esteyco, Siemens Gamesa, Ale Heavylift, Dewi GmbH и PLOCAN (Океанская платформа Канарских островов), утверждает, что этот метод может снизить затраты на установку более чем на 35% по сравнению с жакетами или моноблоками XXL в глубокой воде (35 метров плюс). Партнеры проекта также говорят, что проект является масштабируемым и будет «легкодоступным средством» для установки новых турбин мощностью 12 МВт.

Концепция Эстейо ЭЛИКАН (Фото: ALE)

Возможности для совершенствования
Первый проект ветровой ветки был построен в 1991 году в Виндбю, Дания (и в настоящее время выведен из эксплуатации), и в настоящее время мощность ветровой электростанции превышает 18 ГВт. «Но, для сравнения, глобальная мощность ветра на суше составляет около 600 ГВт», - говорит Барла. «Таким образом, с точки зрения объема, оффшор все еще имеет большие возможности для совершенствования». Это может быть в политике, процессах, технологиях, а затем в цепочке поставок, говорит он.

С точки зрения технологии, есть движение к использованию углеродного волокна в лезвиях. «Исторически сложилось так, что производители неохотно вкладывали средства в закупку углеродного волокна, потому что оно дорогое и при очень небольшом количестве поставок контролировать цепочку поставок может быть непросто», - говорит Барла. «Если вы посмотрите на крупнейших игроков, Siemens Gamesa, все их оффшорные турбины изготовлены из стекловолокна. Теперь они анонсировали 8 МВт DD167, прототип которого был установлен несколько месяцев назад, и 10 МВт DD193, оба из которых содержат углеродное волокно. Произошла смена парадигмы крупнейших игроков отрасли ».

«С точки зрения процессов, мы все еще не там», добавляет он. «Если вы говорите об автомобильной промышленности, с конвейерами и эффективностью, они далеко впереди, но они 120-летняя индустрия. Оффшор стартовал много лет назад, но реальные коммерческие проекты начались только в последние семь лет. В Европе и во всем мире существует огромная кривая обучения ».

Но, хотя есть возможности для улучшения, уроки, которые уже были извлечены в Европе, теперь можно воспроизвести на более новых рынках, таких как США и Азия, чтобы помочь им быстрее масштабироваться.