Υπεράκτιες πλωτές ανεμογεννήτριες

yperakties_anemogennitries

Στη σημερινή παγκόσμια πραγματικότητα, η αιολική ενέργεια αποτελεί μια από τις ταχέως αναπτυσσόμενες μορφές ενεργειακών πόρων και έχει ακόμη καταστεί πρόκληση για τις υπόλοιπες συμβατικές μορφές ,ενώ έχει γίνει ακόμη τώρα πιο αποδοτική και πιο αθόρυβη.

Μια επαναστατική αλλαγή στον τομέα της αιολικής ενέργειας είναι η εισαγωγή των υπεράκτιων πλωτών ανεμογεννητριών και η ιδέα προήλθε για πρώτη φορά από τον καθηγητή William. Ε. Heronemus στο Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης  το 1972.

Με βάση αυτή την αντίληψη , η πρώτη υπεράκτια ανεμογεννήτρια εγκαταστάθηκε το 2008 από την «Blue H Technologies» και ήταν μια πρωτότυπη πλατφόρμα βαθέων υδάτων με γεννήτρια 80KW στην Puglia της Ιταλίας.


Αλλά ήταν εκτός λειτουργίας μέχρι το τέλος του 2008, μετά τη συλλογή των απαραίτητων δεδομένων δοκιμών για τις συνθήκες του ανέμου και της θάλασσας. Στη συνέχεια, ήρθε η πρώτη υπεράκτια ανεμογεννήτρια σε λειτουργία παγκοσμίως, Hywind, ισχύος 2,3 MW το 2009 στη Νορβηγία με την χρηματοδότηση της Statoil.

Στη συνέχεια ακολούθησαν  πολλές από αυτές τις επιτυχημένες εφαρμογές από κορυφαίες επιχειρήσεις όπως η «Wind Plus».


Υπεράκτια ανεμογεννήτρια

Όπως όλοι γνωρίζουμε , οι υπεράκτιοι άνεμοι είναι πολύ πιο ισχυροί όπως και συνεχόμενοι και ως εκ τούτου καθιστά μια μεγάλη ευκαιρία για τους μηχανικούς να κάνουν χρήση της για να ανταποκριθεί στις εξαιρετικά αυξανόμενες ανάγκες ενέργειας σε μεγάλο βαθμό με τη μικρότερη αισθητική επίδραση.

Επειδή ,

Αιολική Ισχύς:  P = 1/2 ρ A V3

Όπου:

ρ = πυκνότητα του αέρα ,
A = περιοχή σάρωσης των στροβίλων ,

V = ταχύτητα του ανέμου


Γραφική παράσταση της ταχύτητας του ανέμου

Από αυτό, θα μπορούσε κανείς να συμπεράνει ότι η αιολική ισχύς είναι ανάλογη προς τον κύβο (τρίτη δύναμη) της ταχύτητας του ανέμου. Δεδομένου ότι , η ταχύτητα του ανέμου είναι μεγαλύτερη υπεράκτια από εκείνη του χερσαίου χώρου, έγινε εμφανές ότι περισσότερη ισχύς θα μπορούσε να προέρχονται από αυτές.

Στην αρχή, οι περιορισμοί στον τομέα των τεχνολογιών περιόρισε την εγκατάσταση τους σε λιγότερο βαθιά νερά, αλλά σήμερα, η ανάπτυξη σε βαθιά και πολύ βαθιά νερά έχει γίνει πραγματικότητα για την πρόσβαση σε περισσότερο πυκνούς πόρους. Η ανεμογεννήτρια είναι τοποθετημένη σε μια πλωτή πλατφόρμα η οποία είναι αγκυροβολημένη στον πυθμένα της θάλασσας.

Μια υπεράκτια ανεμογεννήτρια αποτελείται από :

  • Τα πτερύγια του δρομέα
  • Την άτρακτο
  • Τον πύργο
  • Την πλωτή πλατφόρμα 
  • Τις αλυσίδες ή τους ιμάντες αγκυροβόλησης

Επίσης, υπάρχει ένα ανεμόμετρο στην κορυφή της ανεμογεννήτριας για την καταγραφή της ταχύτητας και της κατεύθυνσης του ανέμου. Συνήθως , υπάρχουν τρεις βασικοί τρόποι για την αγκυροβόληση αυτής της πλωτής πλατφόρμας, που είναι: σύστημα με τεντωμένα πόδια πρόσδεσης, αλυσοειδές σύστημα πρόσδεσης και σύστημα αλυσοειδούς ελλιμενισμού.

Η πλατφόρμα με τα τεντωμένα πόδια (TLP), εννοείται για την κατακόρυφη αγκυροβόλησης της πλωτής κατασκευής, έτσι ώστε να εξαλείφει ουσιαστικά την κατακόρυφη κίνηση της πλατφόρμας. Η πλωτή πλατφόρμα εδώ είναι μόνιμα προσδεμένη σε μια ομάδα τεντωτήρων που ονομάζεται τεντωμένο πόδι, και υπάρχει μία ομάδα σε κάθε μία γωνία της πλατφόρμας.

Αυτό το είδος της πρόσδεσης θεωρείται ότι είναι οικονομικά αποδοτικότερο. Ωστόσο, ο πιο κοινός τύπος της πρόσδεσης σε ρηχά νερά είναι της αλυσοειδούς πρόσδεσης και το αναρτημένο βάρος αυτών των αλυσίδων πρόσδεσης παρέχει τη δύναμη επαναφοράς , με αποτέλεσμα την σταθεροποίηση της πλωτής κατασκευής.

Προκειμένου να επιτευχθεί μεγαλύτερη σταθερότητα, χρησιμοποιούνται ειδικά βάρη εξισορρόπησης για να προσθέσουν βάρος στην πλατφόρμα και να προσφέρουν ακινησία στην πλωτή κατασκευή.

Hywind , η πρώτη παγκόσμια υπεράκτια πλωτή κατασκευή.

Για να αποδώσουν ένα σημαντικό ποσό ισχύος , πρέπει να εγκατασταθεί μια σειρά από ανεμογεννήτριες  η οποία αθροιστικά οδηγεί σε υπεράκτιο πλωτό αιολικό πάρκο. Και η ισχύς που παράγεται σε αυτά τα αιολικά πάρκα μεταφέρεται σε χερσαία ηλεκτρικά δίκτυα με υπόγεια και υποθαλάσσια καλώδια.

Στην ουσία, τα περιστρεφόμενα πτερύγια συνδέονται σε ένα δρομέα ο οποίος είναι συνδεδεμένος με ένα κιβώτιο ταχυτήτων εσωτερικά της ατράκτου το οποίο στη συνέχεια  συνδέεται με τον άξονα του δρομέα της ηλεκτρικής γεννήτριας η οποία επίσης υπάρχει εσωτερικά στην άτρακτο.

Η ενέργεια που παράγεται μεταφέρεται μέσω καλωδίων που περνούν από τον πύργο της ανεμογεννήτριας και από εκεί καταλήγουν στην πλωτή πλατφόρμα του μετασχηματιστή, η οποία ενώνεται με κάθε ανεμογεννήτρια του πάρκου για την ανύψωση της τάσης. Τέλος , η ισχύς μεταφέρεται στα χερσαία ηλεκτρικά δίκτυα μέσω υποβρυχίων καλωδίων και
από εκεί στους οικιακούς καταναλωτές.

Όμως, ένα πρόβλημα που αντιμετωπίζουν είναι η απρόβλεπτη φύση του αιολικού δυναμικού.

Και ως ειδική σε αυτό, η «SeaTwirl» ανέπτυξε το πρώτο πλωτό δίκτυο το 2011 με ανεμογεννήτριες που έχουν ένα επιπλέον χαρακτηριστικό, ένα ειδικό σφόνδυλο που προορίζεται για την αποθήκευση ενέργειας και για να διατηρήσει τη συνεχή παροχή ενέργειας όταν ο άνεμος έχει σταματήσει. Αυτό αποτελεί ακόμα ένα ορόσημο στην πρόοδο αυτών των υπεράκτιων ανεμογεννητριών.

Ένα μεγάλο πλεονέκτημα αυτών των υπεράκτιων ανεμογεννητριών είναι ότι μπορούν να δαμάσουν τους  επικίνδυνους τυφώνες μειώνοντας την ταχύτητα αιχμής του ανέμου που καταλήγει σε αυτές.

Αυτές οι ανεμογεννήτριες στην πραγματικότητα μπορούν να επιβραδύνουν την εξωτερική περιστροφή του τυφώνα και το ίδιο κάνουν για το ύψος του κύματος που επιβραδύνει από εσωτερικά το σύνολο του τυφώνα και με γρήγορο τρόπο. Αυτό βοηθά στη μείωση ζημιών που δημιουργούνται στο χερσαίο δίκτυο.

Επίσης, μελέτες έχουν αποδείξει ότι οι κατακόρυφου άξονα ανεμογεννήτριες είναι ακόμη πιο αποδοτικές οικονομικά σε σύγκριση με τις οριζόντιου άξονα, παρέχοντας έτσι έναν εναλλακτικό τρόπο  για το μειονέκτημα του υψηλού κόστους εγκατάστασης. Διότι, με προσεκτική σχεδίαση τους θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε δέκα φορές μεγαλύτερη ισχύ, σε σύγκριση με τις οριζόντιου άξονα και για το ίδιο μεγέθος.

Οι κάθετου άξονα Darrieus ανεμογεννήτριες μπορούν να παράγουν διπλάσια ενέργεια από τις συμβατικές ανεμογεννήτριες κάθετου άξονα.

Επιπλέον, οι κάθετου άξονα ανεμογεννήτριες απαιτούν λιγότερο χώρο, έτσι θα μπορούσαν να φιλοξενηθούν περισσότερες ανεμογεννήτριες στον ίδιο χώρο που παρέχεται και είναι και πιο αθόρυβες.

Από τη σκοπιά της οικονομικότερης εγκατάστασης, σχεδόν όλες οι συνδέσεις γίνονται στην ξηρά και τελικά εγκαθίστανται με τη βοήθεια των ειδικών πλοίων.

Πλεονεκτήματα :

  • Πράσινη ηλεκτρική ενέργεια
  • Μικρότερο αισθητικό αποτέλεσμα
  • Νέα «κατοικία» για τα θαλάσσια πλάσματα  
  • Αντιστέκεται τυφώνες όπως οι φυσικές καταστροφές
  • Πιο ισχυρή ενεργειακή πηγή
  • Τα υπολογιστικά μοντέλα και κλίμακας αποφεύγουν αποτυχίες που κοστίζουν

Μειονεκτήματα : 

  • Επιδράσεις στην κίνηση των ψαριών, αν και ήσσονος σημασίας
  • Υψηλό κόστος εγκατάστασης και συντήρησης
  • Ορισμένοι κίνδυνοι για την ασφάλεια των θαλάσσιων

Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται με αυτόν τον τρόπο είναι απολύτως πράσινη ενέργεια, δεδομένου ότι δεν έχει καύση τυχόν ορυκτών καυσίμων με αποτέλεσμα την εκπομπή αερίων του θερμοκηπίου. Έτσι, οι έρευνες βρίσκονται σε εξέλιξη για να βρουν αποτελεσματικότερους τρόπους για την αντιμετώπιση των προβλημάτων που καθυστερούν αυτές τις εγκαταστάσεις και να διασφαλιστεί η παροχή της εν λόγω πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας σε εκατομμύρια νοικοκυριά στο μέλλον.