Ο αγώνας για την κατασκευή αιολικών πάρκων που επιπλέουν στην ανοιχτή θάλασσα

Πρώτη καταχώρηση: Πέμπτη, 7 Ιουλίου 2022, 09:14
Ο αγώνας για την κατασκευή αιολικών πάρκων που επιπλέουν στην ανοιχτή θάλασσα

Στέλιος Βασιλούδης

Υπάρχουν τεράστιες δυνατότητες παραγωγής ανανεώσιμης ενέργειας στους ανοιχτούς  ωκεανούς. Δυστυχώς όμως, ο σχεδιασμός των τουρμπινών που να μπορούν να επιβιώσουν στα άγρια κύματα δεν είναι ακριβώς παιχνιδάκι. Οι κατασκευαστές ανεμογεννητριών εργάζονται, εδώ και πολλές δεκαετίες, για να αξιοποιήσουν μια από τις ισχυρότερες δυνάμεις στη φύση.

Έχουν μετακινηθεί από χερσαίες σε υπεράκτιες τοποθεσίες, κατασκευάζοντας όλο και μεγαλύτερες τουρμπίνες με τεράστιες λεπίδες, η κάθε μια μεγαλύτερη από μια σειρά 10 λεωφορείων. Οι τουρμπίνες αυτές, στηρίζονται πάνω σε ιλιγγιώδεις πύργους, στοχεύοντας συνεχώς σε νέα, θυελλώδη ύψη.

Στην ατελείωτη προσπάθειά τους να εκμεταλλευτούν τους πιο αξιόπιστα δυναμικους ανέμους , οι μηχανικοί κινούνται τώρα πιο έξω στον ωκεανό, σε περιοχές με βαθύτερα νερά όπου είναι γνωστό ότι φυσούν ιδιαίτερα ισχυροί άνεμοι. Για τις υπεράκτιες ανεμογεννήτριες - των οποίων τα σταθερά θεμέλια πυθμένα μπορούν να εκτείνονται μόνο 60 μέτρα - τέτοιες περιοχές ήταν (εδώ και πολύ καιρό) απαγορευμένες. Μια νέα γενιά πλωτών μηχανών φαίνεται έτοιμη να το αλλάξει αυτό.

Το δυνητικό κέρδος είναι τεράστιο. Σύμφωνα με τον βιομηχανικό οργανισμό Wind Europe, το 80% του υπεράκτιου αιολικού δυναμικού στα ευρωπαϊκά ύδατα είναι σε μέρη τα οποία είναι πολύ βαθιά για να κάνει τις σημερινές τουρμπίνες σταθερού πυθμένα μια οικονομικά λογική επιλογή. Τα βαθιά νερά έχουν επίσης σταθεί εμπόδιο στην προσπάθεια για την εγκατάσταση μεγάλων υπεράκτιων αιολικών πάρκων στα ανοικτά των δυτικών ακτών των ΗΠΑ, για παράδειγμα.

Οι πλωτές τουρμπίνες θα μπορούσαν να ανοίξουν τεράστιες εκτάσεις ωκεανού στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Διάφορα σχέδια ανταγωνίζονται ως προς το κόστος και την απόδοση και φαίνεται πως έχει έρθει η ώρα να ξεκινήσει η αναζήτηση για έναν νικητή, δεδομένων των πολλών δισεκατομμυρίων δολαρίων που επενδύονται επί του παρόντος στην πλωτή υπεράκτια αιολική βιομηχανία. Παράγοντες όπως ο πόλεμος στην Ουκρανία ενδεχομένως επισπεύδουν τις διαδικασίες, με την ώθηση που ασκούν για απομάκρυνση από τα ορυκτά καύσιμα.

Υπάρχει επίσης πρόσθετη πίεση επειδή, παρά τις εγκαταστάσεις ρεκόρ υπεράκτιων αιολικών πάρκων το 2021, η βιομηχανία υπολείπεται των αναγκαίων μονάδων για τον περιορισμό της κλιματικής αλλαγής, σύμφωνα με μια νέα έκθεση από το Παγκόσμιο Συμβούλιο Αιολικής Ενέργειας (GWEC).

Το συμβούλιο δηλώνει ότι η εκμετάλλευση του ισχυρού ανέμου από πλωτές ανεμογεννήτριες είναι «ένας από τους βασικούς παράγοντες που αλλάζουν το παιχνίδι» στον κλάδο. Έτσι, οι ειδικές μηχανικές προκλήσεις της τοποθέτησης τέτοιων μονάδων σε πλωτές πλατφόρμες, όπου πρέπει να αντιμετωπίσουν τις τρομακτικές δυνάμεις των θυελλωδών θαλασσών και του απρόβλεπτου καιρού, έχουν γονιμοποιήσει μια εκπληκτική ποικιλία πιθανών λύσεων.

Η νορβηγική εταιρεία Wind Catching Systems (WCS), για παράδειγμα, της οποίας το προσωπικό πέρασε πέντε χρόνια δουλεύοντας πάνω στο σχέδιό του για ένα τεράστιο πλαίσιο σε σχήμα βάφλας, που φιλοξενεί τουλάχιστον 126 ανεμογεννήτριες με τέσσερις ρότορες η κάθε μια - όπως ένα γιγάντιο σετ Connect 4, διάστικτο με περιστρεφόμενες λεπίδες. Ολόκληρη η κατασκευή, που έχει ύψος όσο ο Πύργος του Άιφελ, θα τοποθετηθεί πάνω σε μια πλωτή πλατφόρμα, παρόμοια με αυτές που χρησιμοποιούν οι εξέδρες άντλησης πετρελαίου.

Η Νορβηγία σκοπεύει να εγκαταστήσει 30 GW υπεράκτιας αιολικής ενέργειας μέχρι το 2040. Αυτό θα χρειαζόταν 1.500 με 2.000 πλωτές πλατφόρμες εάν η καθεμία έφερε μια μόνο τουρμπίνα παραδοσιακού τύπου. «Θα μπορούσαμε να το κάνουμε με 400 πλατφόρμες», λέει ο Ole Heggheim, Διευθύνων Σύμβουλος της WCS. Παρόλο που οι 126 τουρμπίνες στο σχεδιασμό της WCS έχουν χωρητικότητα μόνο 1 MW η καθεμιά, είναι τοποθετημένες  τόσο κοντά μεταξύ τους που βοηθούν στην τροφοδοσία, η μια την άλλη.

«Είναι ένα πρόσθετο πλεονέκτημα ανατάραξης που κερδίζουμε από τη συναρμολόγηση αυτών των τουρμπινών, είναι σαν μια συνέργεια», λέει ο Heggheim. Σε σφιχτά συναρμολογημένα συστήματα πολλαπλών ροτόρων, τα κενά μεταξύ των τουρμπινών επιτρέπουν στον αέρα να ρέει εύκολα δίπλα τους, κάτι που με τη σειρά του βοηθά στην έλξη περισσότερου αέρα μέσα από τους ίδιους τους ρότορες.

Μεταξύ των άλλων πλεονεκτημάτων αυτού του σχεδιασμού, προσθέτει ο Heggheim, είναι το γεγονός ότι θα απαιτούνται λιγότερα καλώδια για τη σύνδεση των πλωτών πλατφορμών πολλαπλών ροτόρων, μεταξύ τους. Κάθε μεμονωμένη πλωτή τουρμπίνα απαιτεί ένα δικό της καλώδιο, καθώς και γραμμές πρόσδεσης για να τις κρατά στη θέση τους.

Άλλες εταιρείες προχωρούν με τουρμπίνες που φαίνονται πιο οικείες, αν και υπάρχουν πολλά διαφορετικά σχέδια για τις πλωτές πλατφόρμες που θα τις υποστηρίζουν στη θάλασσα. Η Equinor, για παράδειγμα, κατασκεύασε το πρώτο εμπορικό πλωτό αιολικό πάρκο στον κόσμο στα ανοικτά των ακτών της Σκωτίας και τοποθέτησε τις πέντε τουρμπίνες του σε κυλίνδρους με έρμα που ονομάζονται spars.

Τώρα η εταιρεία σχεδιάζει να κατασκευάσει ένα πολύ μεγαλύτερο πλωτό αιολικό πάρκο χωρητικότητας 1GW στα ανοικτά των ακτών της Νορβηγίας και σκοπεύει να χρησιμοποιήσει έναν διαφορετικό τύπο πλατφόρμας που ονομάζεται Wind Semi. Αυτό μοιάζει λίγο με ένα επίπεδο τρίγωνο που επιπλέει στο νερό, με μια τουρμπίνα να κάθεται σε κάθε γωνία.

Αυτό είναι μόνο η αρχή. Εκπρόσωπος της Wind Europe εξηγεί ότι η τρέχουσα ισχύς των πρώτων πλωτών αιολικών πάρκων της Ευρώπης (113 MW) αναμένεται να τριπλασιαστεί σε μόλις δύο χρόνια. Μέχρι το 2030, μπορεί να περιμένει κανείς να δεί 10 GW εγκατεστημένα σε όλη την ήπειρο - σχεδόν 100 φορές περισσότερα από την τρέχουσα χωρητικότητα και αρκετά για να τροφοδοτήσουν περίπου 10 εκατομμύρια σπίτια. Στις ΗΠΑ, μια εταιρεία πρότεινε την κατασκευή ενός πλωτού αιολικού πάρκου με χωρητικότητα έως 2 GW στα ανοιχτά της Δυτικής Ακτής.

«Ερχόμαστε σε μια νέα εποχή», λέει ο Seamus Garvey από το Πανεπιστήμιο του Nottingham, ο οποίος έχει σχεδιάσει έναν ακόμη τύπο πλωτής ανεμογεννήτριας που ονομάζεται TetraFloat. Μοιάζει λίγο με μια τριγωνική πυραμίδα που γέρνει απότομα στη μία πλευρά, με έναν ρότορα στην κορυφή. Υπάρχουν πάρα πολλά ανταγωνιστικά σχέδια αυτή τη στιγμή, λέει ο Garvey: «Μια πληθώρα λύσεων δεν είναι απαραίτητα μια καλή διαδρομή για τη μείωση του κόστους. Αυτές που βασίζονται σε όσο το δυνατόν λιγότερο ατσάλι, μπορεί να έχουν τις καλύτερες πιθανότητες επιτυχίας», προσθέτει.

«Καθώς αυτή η τεχνολογία αναπτύσσεται, μπορεί να δούμε την εισαγωγή πλωτών τουρμπινών που μπορούν να περιστρέφονται στην επιφάνεια της θάλασσας, προκειμένου να προσανατολιστούν καλύτερα και να πιάσουν όλη τη δύναμη του ανέμου», συνεχίζει. Οι υφιστάμενες χερσαίες και υπεράκτιες τουρμπίνες μπορούν να περιστρέψουν το κουβούκλιο της μηχανής τους, την άτρακτο, στην κορυφή των πύργων τους, για να το πετύχουν αυτό.

«Αλλά αν θέλουμε να μειώσουμε σημαντικά το κόστος μιας πλωτής τουρμπίνας, πιθανότατα θα πρέπει να απομακρυνθούμε από την ιδέα του ψηλού πύργου σε εναλλακτικά σχέδια που απαιτούν λιγότερο χάλυβα. Στη συνέχεια, θα μπορέσουμε να καταργήσουμε τον μηχανισμό που περιστρέφει την άτρακτο και έτσι να έχουμε μια απλή, φθηνή τουρμπίνα, όπου ολόκληρη η δομή περιστρέφεται για να αντικρίσει τον άνεμο», καταλήγει ο Garvey.

«Δεν είναι ξεκάθαρο για μένα ποιος θα είναι ο νικητής», λέει ο Alasdair McDonald στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου, αναφερόμενος γενικά στα διάφορα πλωτά σχέδια που αναδύονται τώρα. Ωστόσο, η ανθεκτικότητα θα είναι το κλειδί, εάν πρόκειται να επιβιώσουν οι πλωτές τουρμπίνες στα θυελλώδη ύδατα που προορίζονται για αυτές. «Αυτά είναι απίστευτα εχθρικά μέρη», λέει ο McDonald. «Προσπαθείς να δημιουργήσεις μηχανές ενάντια στις δυνάμεις του Θεού - σχεδόν», συμπληρώνει.

Εξαιτίας αυτού, πιθανότατα δεν θα είναι δυνατή η πρόσβαση στις πλωτές τουρμπίνες για εργασίες συντήρησης τόσο συχνά και τόσο εύκολα όσο με τα μηχανήματα σταθερού πυθμένα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι εταιρείες θα πρέπει να ρυμουλκήσουν τις τουρμπίνες τους σε λιμάνι για να πραγματοποιήσουν τις απαιτούμενες επισκευές.

Το επόμενο θέμα είναι η καλωδίωση. Πιθανότατα θα είναι μεγαλύτερες, μακρύτερες και τοποθετημένες πιο βαθειά από τις καλωδιώσεις των υπαρχόντων υπεράκτιων αιολικών πάρκων. Οι γραμμές βαρέως τύπου θα πρέπει επίσης να είναι αρκετά ανθεκτικές ώστε να απαιτούν ελάχιστη συντήρηση κατά τη διάρκεια της ζωής τους. Όλα αυτά είναι πράγματα  «πραγματικά προκλητικά», λέει ο McDonald.

Υποθέτοντας ότι όλα τα εμπόδια της μηχανικής μπορούν να ξεπεραστούν, υπάρχει ακόμα το ερώτημα του πώς αυτές οι γιγαντιαίες υπεράκτιες εγκαταστάσεις θα επηρεάσουν την άγρια ​​ζωή και τα ωκεάνια οικοσυστήματα. Μια μελέτη, που δημοσιεύθηκε τον Απρίλιο, εξέτασε διάφορους πιθανούς κινδύνους για τη θαλάσσια ζωή από τα πλωτά αιολικά πάρκα του εγγύς μέλλοντος. Μεταξύ αυτών των κινδύνων είναι η πιθανότητα εμπλοκής ζώων στα καλώδια ή του θανάτου πτηνών που συγκρούονται με ρότορες που περιστρέφονται γρήγορα - ένα ήδη γνωστό ζήτημα για ορισμένα αιολικά πάρκα εντός και ανοικτής θάλασσας.

«Ενώ πιστεύω ότι ναι, πρέπει να προχωρήσουμε γρήγορα, αλλά πρέπει να σκεφτούμε προσεκτικά πώς θα το κάνουμε», λέει η επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Sara Maxwell στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον. Αυτή και οι συνεργάτες της εκτιμούν ότι η εμπλοκή με τα καλώδια δεν θα είναι ένα σημαντικό ζήτημα, κυρίως λόγω της μεγάλης διαμέτρου των καλωδίων που αναμένεται να συνδέσουν αυτές τις κατασκευές στη θάλασσα.

Ωστόσο, οι συγγραφείς εκτίμησαν τον κίνδυνο σύγκρουσης ζώων με πλοία που εγκαθιστούν και εξυπηρετούν τα αιολικά πάρκα ως «υψηλό» και τον κίνδυνο για τα πτηνά που συγκρούονται με τουρμπίνες ως «μέτριο». Από την άλλη πλευρά, η εγκατάσταση πλωτών τουρμπινών θα πρέπει να είναι πολύ πιο αθόρυβη από την εγκατάσταση υπεράκτιων μηχανών σταθερού πυθμένα, και επομένως ίσως λιγότερο ενοχλητική για τα θαλάσσια θηλαστικά, καθώς δεν θα απαιτείται πλέον η πασσαλόπηξη για τα θεμέλια.

Τελικά, η τεχνολογία είναι τόσο νέα που κανείς δεν μπορεί να είναι σίγουρος για τις επιπτώσεις που θα έχει στην άγρια ​​ζωή, υποστηρίζει η Maxwell. Ωστόσο, συνιστά την εκτενή παρακολούθηση των νέων πλωτών αιολικών πάρκων για τη συλλογή δεδομένων σχετικά με τις οικολογικές επιπτώσεις τους.

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι χιλιάδες πλωτές τουρμπίνες είναι καθ' οδόν. Τα καλύτερα από τα αναμενόμενα οικονομικά στοιχεία των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας το έχουν διασφαλίσει. Ωστόσο, εξακολουθούν να υπάρχουν πολλά «ανοιχτά ερωτήματα» σχετικά με το πώς ακριβώς θα λειτουργήσουν τα πλωτά αιολικά πάρκα και πώς θα τα διαχειριστούμε, λέει ο McDonald. Ο αγώνας για να απαντήσουμε σε αυτά - και μάλιστα γρήγορα, είναι σε εξέλιξη.

Πηγή: Wired

Τελευταία ενημέρωση: Πέμπτη, 7 Ιουλίου 2022, 09:17