Augantis supratimas apie būtinybę įvairinti energijos šaltinius skatina pasaulio šalis apsvarstyti naujas elektros gamybos formas. Aplinkosaugos, ekonominiai ir geopolitiniai veiksniai, jau nekalbant apie augantį tvarumo svarbos suvokimą tarp jaunimo, skatina nuoseklų perėjimą prie atsinaujinančių energijos šaltinių, kaip priemonės užtikrinti būtiną kasdienės energijos tiekimą.
Vienas iš tokių šaltinių yra vėjo energija. Tai antras didžiausias atsinaujinančios energijos šaltinis po hidroenergijos, kuris 2020 metais sudarė daugiau nei 6 proc. visos pasaulio elektros energijos gamybos, bendrai užtikrindamas 743 GW pasaulinės galios (ir tais pačiais metais papildomai sukurtos 93 GW galios dėl spartaus augimo).1 Prognozuojama, kad šis skaičius augs, kadangi vis daugiau šalių sieks „net-zero“ tikslų.
Vienas iš sparčiai augančių sektorių yra jūrinė vėjo energetika. Nuo 1991 m., kai buvo pristatyti pirmieji įrenginiai, visame pasaulyje išaugo jūroje naudojamų turbinų skaičius ir kartu sumažėjo technologijų sąnaudos. Remiantis Pasaulio vėjo energetikos tarybos (angl. Global Wind Energy Council (GWEC) duomenimis, jūrinės vėjo energetikos rinka per 2010–2020 metus augo beveik 22 proc. kasmet, o iki 2030 metų planuojama sukurti dar 235 GW naujų pajėgumų2.
Vėjo jėgainių iššūkių sprendimas
Nors vėjo energija suteikia daug galimybių pagerinti aplinkosaugos rezultatus ir sumažinti priklausomybę nuo iškastinio kuro, jos potencialas kaip vieno energijos šaltinio tradiciškai buvo ribojamas keleto veiksnių.
Pirmasis iššūkis – tai vėjo nepastovumas. Vėjo sąlygų kintamumas ir neprognozuojami sezoniniai orai reiškia, kad turbinos gali veikti didžiausiu našumu, kai poreikis yra mažesnis, ir atvirkščiai. Laikotarpiu, kai vėjo greitis sumažėjęs, vėjo energijos tiekimą turės pakeisti kiti energijos šaltiniai.
Kadangi operatoriai turi kuo ekonomiškiau parduoti pagamintą energiją, tenka ieškoti būdų, kaip maksimaliai padidinti gamybos apimtį ir patenkinti paklausą, tuo pačiu sumažinant kapitalo investicijas į vėjo jėgainių parko statybą ir infrastruktūrą bei mažinant veiklos sąnaudas.
Šiuolaikinės technologijos padeda spręsti šiuos klausimus įvairiais būdais. Patobulinus jūrinės vėjo turbinos konstrukciją, įskaitant efektyvumą ir dydį, bei įkuriant vėjo jėgaines toliau nuo kranto, kad būtų galima pasinaudoti geresnėmis vėjo sąlygomis, pajėgumo koeficientas nuolat didėja nuo 40 iki 50 proc. ir daugiau3. Faktinės elektros energijos gamybos ir galimos bendros gamybos per tam tikrą laikotarpį santykis yra didesnis, todėl jūros turbinų efektyvumas viršija kitų atsinaujinančiųjų energijos šaltinių, pavyzdžiui, sausumos vėjo ir saulės energijos, pajėgumus.
Šis jūrinės vėjo energetikos optimizavimas taip pat suteikia galimybę paspartinti papildomų turbinų įrengimą naujose vietose ir pakartoti sėkmingai įgyvendintus projektus. Panaudojant žinias ir patirtį iš ankstesnių vėjo jėgainių projektų ir statant jūroje esančius naftos ir dujų įrenginius, naujas konstrukcijas galima sumontuoti greičiau ir pigiau, taip pat įkurdinti jėgaines toliau nuo kranto.
Vienas iš veiksnių, leidžiančių vėjo jėgainių parkus įkurdinti toliau nuo kranto, yra plūduriuojančių platformų vystymas. Remiantis jūrinių naftos ir dujų platformų konstrukcija bei naudojant plūduriuojančias platformas, pagamintas iš plieno, betono arba abiejų medžiagų mišinio, šios turbinos ant plūduriuojančių platformų gali būti įrengtos toliau nuo kranto (maždaug 50 km atstumu). Kadangi jų nereikia tvirtinti prie jūros dugno, turbinos ant plūduriuojančios platformos suteikia lankstesnį ir pigesnį sprendimą vėjo jėgainių parko įkurdinimui toliau nuo kranto. Sudarydamos galimybę operatoriams pasinaudoti geresnėmis vėjo sąlygomis, esančiomis toliau nuo kranto, jos taip pat suteikia galimybę optimizuoti pajėgumų rodiklį. Pasaulio energetikos agentūra (IEA) prognozuoja, kad turbinos ant plūduriuojančių platformų galėtų patenkinti pasaulinės elektros paklausą 11 kartų iki 2040 metų4.
Energijos kaupimo technologijų tobulinimas taip pat padeda užtikrinti didesnį stabilumą. Įvairios technologijos, pradedant baterijomis ir šilumos kaupimo sistemomis, baigiant labiau futuristiniais sprendimais, tokiais kaip oro pagalvės ant jūros dugno, bandomos kaip būdas naudoti perteklinę energiją per mažos vėjo energijos laikotarpius. Kitas būdas – naudoti vėjo energiją vandenilio gamybai, kuris gali būti naudojamas kaip alternatyvus, mažai anglies dioksido turintis energijos šaltinis įvairiose srityse – nuo elektromobilių ir laivybos iki sunkiosios pramonės. Kadangi šiuo metu apie 70 milijonų tonų vandenilio gaminama naudojant iškastinį kurą5, galimybė naudoti jūros vėjo energiją kaip pakaitalą suteikia didžiulę galimybę reikšmingai sumažinti CO2 emisijas.
Kitas iššūkis - pagamintos energijos perdavimas iš turbinų į krantą, ypač kai turbinos yra įkurtos toliau nuo kranto. Iki šiol tai buvo atliekama naudojant aukštos įtampos perdavimo kabelius (HVAC) arba aukštos įtampos nuolatinės srovės (HVDC) jungtis, priklausomai nuo atstumo. Abiem atvejais, perdavimo sąnaudos ir praktiniai aspektai sumažėjo dėl atsiradusios povandeninės elektros energijos paskirstymo ir konversijos technologijos.
Ši technologija, pašalindama paviršinės infrastruktūros poreikį, atveria naujas galimybes perduoti energiją dideliais atstumais, tuo pat metu mažinant emisijas ir pagerinant valdymą ir eksploatavimą skaitmenizuojant ir vykdant nuotolinę stebėseną. Kiti konversijos ir perdavimo būdai taip pat tampa labiau prieinami, įskaitant jūrines platformas su transformatoriais, kurios naudoja panašius dizaino ir surinkimo principus, kaip ir vėjo jėgainės ant plūduriuojančių platformų.
Tiekimo ir paklausos derinimas
Pradėjus veikti vis daugiau jūros vėjo jėgainių parkų, būtina užtikrinti, kad vėjo turbinų ir susijusios infrastruktūros poreikis galėtų būti suderintas su žmonių ir objektų pasiūla, reikalinga jiems įgyvendinti ir prižiūrėti.
Aukštos pradinės kapitalo išlaidos, susijusios su jūrinių vėjo jėgainių parkais ir jų perdavimo tinklų statyba, daro šią energiją santykinai brangesnę nei įprasti energijos šaltiniai ir kitos atsinaujinančios energijos formos. Dėl šios priežasties rinkoje šiuo metu yra ribotas skaičius operatorių, galinčių ir turinčių išteklių statyti, eksploatuoti ir prižiūrėti didelio masto vėjo jėgaines.
Nors pramonė vis dažniau remiasi jūrinio naftos ir dujų sektoriaus patirtimi, kad būtų įveikti vėjo jėgainių statybos techniniai iššūkiai, inžineriniai ištekliai tampa vis labiau riboti. Taip vyksta todėl, kad siekiama įgyvendinti vis daugiau naujų projektų energetikos pereinamuoju laikotarpiu. Tiekėjams tai reiškia būtinybę optimizuoti savo esamus išteklius, aprūpinant juos įrankiais, kurie padėtų efektyviau išnaudoti turimas darbo valandas.
Skaitmeninimas suteikė naujų galimybių inžinieriams dirbti efektyviau ir geriau išnaudoti savo laiką. Pavyzdžiui, daugelį techninės priežiūros ir patikrinimo užduočių dabar galima atlikti nuotoliniu būdu, naudojantis realiuoju laiku veikiančiais valdymo ir komunikacijos tinklais arba, jei reikalingas patikrinimas, naudojant dronus, padedančius pasiekti aukštai arba sunkiai prieinamas vietas. Būkle pagrįstos priežiūros technologijos ypač padeda pagerinti turbinų veikimą. Jos padeda iš anksto nustatyti problemas ir leidžia operatoriams priimti geriausią sprendimą, kaip jas pašalinti. Pavyzdžiui, ar siųsti inžinierių į vietą ar pašalinti problemą nuotoliniu būdu.
Skaitmeninė simuliacija taip pat palengvina procesą planuojant naujus įrenginius jūroje, nes operatoriai gali virtualioje aplinkoje įvertinti turbinų našumą ir galimą elektros energijos galią. Tai leidžia operatoriams išbandyti vėjo turbinų veikimą įvairiomis sąlygomis, o gauti duomenys gali būti naudojami kuriant geriausią realaus pasaulio sprendimą, sumažinant riziką ir spartinant diegimą.
Partnerystės vertė
Dar vienas būdas spręsti žmogiškųjų išteklių trūkumo problemą yra bendradarbiavimas su kitais tiekimo grandinės dalyviais, tokiais kaip ABB. Šis požiūris suteikia keletą privalumų.
Didžiausia vertė – keistis naujomis idėjomis. Platus ABB elektros sprendimų portfelis ir patirtis, sukaupta įgyvendinant šimtus jūroje vykdomų projektų, įskaitant projektus atšiauriausiuose vandenyse, reiškia, kad ABB gali pasiūlyti naujų perspektyvų, kaip spręsti daugelį iššūkių, susijusių su vėjo jėgainėmis jūroje. Pavyzdžiui, patirtis, sukaupta kuriant povandeninius transformatorius naftos ir dujų pramonei nuo 1990-ųjų, dabar naudojama kuriant povandeninius tinklus, skirtus surinkti, konvertuoti ir paskirstyti energiją iš vėjo jėgainių ant plūduriuojančių platformų.
Ši patirtis gali būti naudojama kuriant tokius elektros tinklus, kurie galėtų atlaikyti didžiausią paklausą, tuo pačiu užtikrinant patikimumą ir ieškant būdų, kaip papildyti vėjo energiją mažos paklausos laikotarpiais. Dalyvavimas vandenilio gamybos ir saugojimo projektuose leidžia ABB patarti operatoriams, kaip patobulinti esamas elektros energijos gamybos sistemas integruojant alternatyvius energijos šaltinius tokius kaip vandenilį, kuris gali būti gaminamas naudojant jūros vėjo jėgainių pagamintą energiją.
Tie patys skaitmeninių būkle pagrįstos priežiūros technologijų patobulinimai, kurie naudingi operatoriams visoje pramonėje, taip pat naudojami ABB komandose, siekiant teikti nuotolines paslaugas ir palaikymą, pradedant nuo skaitmeninės simuliacijos iki papildytos realybės įrankių, leidžiančių inžinieriams nuotoliniu būdu vadovauti savo kolegoms vietoje, kad išspręstų problemas.
Maksimalus jūros vėjo jėgainių potencialo išnaudojimas
Dėka augančio poreikio prieinamoms ir mažai CO2 išmetančioms technologijoms, visų tipų atsinaujinanti energija atliks vis svarbesnį vaidmenį papildant ir keičiant iškastinio kuro pagrindu gaminamą energiją.
Nuo pirmųjų jūrinių vėjo turbinų pasirodymo 1991 metais, jūrinės vėjo energijos potencialas kaip efektyvaus energijos šaltinio vis labiau pripažįstamas. Kadangi technologijos tobulėja, randami būdai spręsti tokius iššūkius kaip vėjo energijos kintamumas ir nepastovumas.
Kai šie ir kiti klausimai bus sprendžiami tolesniu elektros sistemų projektavimu, vėjo jėgainės jūroje taps vis svarbesniu elektros energijos šaltiniu, tiek tiesiogiai, tiek padedant gaminti alternatyvius šaltinius, tokius kaip vandenilis.
Šaltiniai
1. – Global Wind Energy Council (GWEC) – Global Wind Report 2021 - https://gwec.net/global-wind-report-2021/
2. – Global Wind Energy Council (GWEC) – Global Offshore Wind Report 2021 (page 23) - https://gwec.net/wp-content/uploads/2021/09/GWEC-Global-Offshore-Wind-Report-2021.pdf
3. – International Energy Agency (IEA) – Offshore wind outlook 2019 - https://www.iea.org/reports/offshore-wind-outlook-2019
4. – International Energy Agency (IEA) – Offshore wind outlook 2019 Special Report - https://www.iea.org/reports/offshore-wind-outlook-2019
5. – International Energy Agency (IEA) – The future of hydrogen – seizing today’s opportunities - https://www.iea.org/reports/the-future-of-hydrogen
