Transcript prezentacija
Slide 1
PLANOVI IZGRADNJE EUROPSKIH
VJETROELEKTRANA
NA MORU DO 2020. GODINE
Božidar Liščić
Okrugli stol HAZU 29. 03. 2011.
Slide 2
Sadržaj izlaganja:
1. Zašto su vjetroelektrane na moru svjetski i europski
megatrend u ovom desetljeću?
2. Tehnološki izazov za brodogradnju i prateću industriju
3. Istraživanje, razvoj i subliferacija (supply chain)
Slide 3
1. ZAŠTO SU VJETROELEKTRANE NA MORU SVJETSKI I EUROPSKI
MEGATREND U OVOM DESETLJEĆU?
Prema podacima Offshore Wind Market, koji se dnevno mogu pratiti na internetu, može se
odmah dobiti odgovor na ovo pitanje, prateći broj vjetroparkova koji se nalaze u gradnji
na cijelom svijetu,i dinamiku kojom se taj broj povećava. Npr. 28. 09. 2010. bilo je u gradnji
813 vjetroparkova na moru u 36 zemalja, a 10. 03. 2011. taj broj je već iznosio 929, dakle
porast od cca 14 % u 5 mjeseci.
S tehničkog gledišta, osnovni razlog da se sve više prelazi na izgradnju vjetroelektrana na
moru, je njihov veći stupanj iskoristivosti. Tijekom 23 godine stvarana je pouzdana
globalna baza podataka visoke rezolucije, o brzinama vjetra na svjetskim morima, pomoću
6 satelita upravljanih od NASA-e. Prema toj bazi podataka izrađene su tabele 10-godišnjih
srednjih vrijednosti brzine vjetra na visini od 100 metara iznad morske površine.
Za Atlanski ocean (Sjeverno more i obale uz Norvešku) dobiveni su podaci o relativno
konstantnim brzinama vjetra od 10-11 m/s, što omogućuje veći stupanj iskoristivosti
vjetroturbina.
Dok se kod vjetroturbina na kopnu računa u prosjeku sa stupnjem iskoristivosti instalirane
snage od 25 do 30 %, i sa manje konstantnim režimom vjetra, zbog utjecaja topografije tla,
na moru gdje tog utjecaja nema, stupanj iskoristivosti vjetroturbina prelazi i 40 %.
Slide 4
Europa je do sada bila predvodnik u izgradnji i korištenju vjetroelektrana na kopnu.
Slika 1 daje grubi pregled gdje se nalaze instalirane europske vjetroelektrane na
kopnu.
Statistički podaci EWEA (European Wind Energy Association) pokazuju da je u 2009.
godini instalirano novih 10.163 MW vjetroturbina, što je 23 % više nego prethodne
godine. Posebno je značajno da je to više instalirane snage nego što je u toj godini
u EU instalirano u bilo koji drugi oblik dobivanja električne energije.
Ukupne investicije u vjetroelektrane EU u 2009. godini iznosile su 13 milijardi EUR.
Energetski sektor EU nastavlja se udaljavati od energenata: ugljen, nafta i nuklearna
tehnologija. U tim vrstama proizvodnje električne energije nastavlja se trend većeg
rashodovanja postojećih nego instaliranja novih kapaciteta.
Od ukupno instalirane snage svih vrsta kapaciteta za proizvodnju električne
energije u EU u 2009. godini, koja je iznosila 821.006 MW, vjetroelektrane su
povećale svoj udio instaliranih kapaciteta na 74.767 MW tj. na 9,1 %, pri čemu
najviše vjetroelektrana danas ima Njemačka, koju slijede Španjolska, Italija,
Francuska i U.K.
Slide 5
Slika 1.
Slide 6
Europski potencijal vjetra na moru je enorman. On je od vitalnog značenja za
budućnost Europe, jer daje dobar dio odgovora na europsku dilemu:
Kako riješiti povećane potrebe za električnom energijom i zadovoljiti
uvjete u vezi s klimatskim promjenama?
Izgradnjom vjetroelektrana na moru, odgovor na to pitanje postiže se:
Eksploatacijom preobilnog i besplatnog izvora energije (vjetra),
bez emitiranja stakleničkih plinova;
Smanjenjem ovisnosti o uvozu sve skupljih energenata.
Tom izgradnjom postiže se osim toga:
Stvaranje nove visokotehnološke industrije, koja će kreirati tisuće
novih radnih mjesta;
Osiguravanje znatnih količina "domaće" električne energije.
Europska komisija računa da će kroz narednih 12 godina u EU biti potrebno izgraditi
ukupno oko 360.000 MW novih kapaciteta za proizvodnju električne energije, radi
zamjene postojećih postrojenja koja će biti rashodovana, i za pokriće očekivanih
povećanih potreba za električnom energijom.
Zbog toga je EWEA postavila za cilj da se do 2020. godine u EU izgradi ukupno
230.000 MW instaliranih kapaciteta svih vjetroelektrana, od čega 40.000 MW na moru.
Slide 7
Studija EEA (European Environment Agency) predviđa da bi ekonomski kompetitivan
potencijal vjetroelektrana na moru u 2020. godini iznosio 2600 TWh, što je 60-70 %
predviđenog potrebnog povećanja električne energije do tog vremena.
Zna se da će 2020. godine većina električne energije iz obnovljivih izvora biti proizvedena
u vjetroelektranama na kopnu.
Europa mora iskoristiti ovo desetljeće da se pripremi za eksploataciju velikih razmjera svog
najvećeg domaćeg izvora, a to su vjetroelektrane na moru.
U tom pogledu odvijaju se slijedeće aktivnosti:
U 2009. godini instalirano je u EU 584 MW vjetroturbina na moru, što je povećanje od
56 % prema prethodnoj godini (znatno veće povećanje od onoga 23 % koje vrijedi za
sve vjetroelektrane). Za to je u 2009. godini utrošeno 1,5 milijardi EUR. Predviđanja za
2010. godinu su bila 1000 MW novoinstaliranih vjetroelektrana na moru, tj. 71 % više
nego u 2009. godini, uz predviđenih 3 milijarde EUR investicija.
U ovom času u EU nalazi se u gradnji 16 vjetroelektrana na moru, ukupnog
instaliranog kapaciteta preko 3500 MW, dato je odobrenje za daljnje 52
vjetroelektrane na moru ukupnog instaliranog kapaciteta preko 16.000 MW, a
u fazi planiranja u Europi nalazi se oko 100.000 MW vjetroelektrana na moru.
Slide 8
Neki od velikih europskih projekata vjetroparkova na moru
I. Velika Britanija
Britanska institucija The Crown Estate, koja je nadležna za teritorijalne vode U.K., podijelila
ih je u 9 zona u kojima će se na temelju odluke britanske Vlade u okviru programa Round 3
graditi vjetroparkovi ukupne instalirane snage 32.000 MW. To je danas u svijetu najveći
projekt izgradnje vjetroelektrana na moru vrijedan oko 100 milijardi britanskih funti.
Cilj ovog projekta je da 2020. godine ove vjetroelektrane proizvode četvrtinu (25 %)
ukupnih potreba električne energije za U.K. Istovremeno one
će smanjiti emisiju CO2 između 40 i 80 miliona tona godišnje.
Za realizaciju instalirane snage od 32.000 MW potrebno je
6.400 vjetroturbina, ako svaka od njih ima snagu od 5 MW,
odnosno još veći broj vjetroturbina manje pojedinačne snage.
Najveći od vjetroparkova u pojedinim zonama ovog projekta
Dogger Bank od 9.000 MW udaljen je 200 Km od istočne obale
Engleske (slika 2) i zaprema površinu koja je 10 puta veća od
površine Berlina. Morsko dno na tom mjestu je pješčano, a
dubina mora je oko 30 metara.
Slika 2.
Slide 9
II. Švedska
Najveći skandinavski vjetropark na moru je švedski projekt Finngrunden. On će imati
ukupni instalirani kapacitet od 1.500 MW i sastojati će se od 300 vjetroturbina od po
5 MW. Očekivana godišnja proizvodnja električne energije iznositi će 5,6 TWh, što je
dovoljno za snabdjevanje 1.100.000 kućanstava.
Ovaj vjetropark, čija će gradnja početi 2014. godine, nalazi se u Baltičkom moru, 40 Km
istočno od švedske obale kod otočića Finngrunden na površini od 237 Km2, gdje dubina
mora iznosi od 3 do 20 metara.
Specifičnost ovog projekta je izrada posebnih temelja svake vjetroturbine, jer u tom
području se zimi more smrzava pa ledene sante koje se gibaju predstavljaju opasnost za
toranj vjetroelektrane.
Realizacijom ovog projekta predviđa se emisiju CO2 smanjiti godišnje za oko 1.700.000
tona, a emisiju SO2 za oko 40000 tona.
Ovaj projekt je dio švedske energetske strategije, da se za 10 godina 49 % potrošnje
električne energije pokriva iz obnovljivih izvora.
Slide 10
II. Francuska
Do sada Francuska nema niti jednu vjetroelektranu na moru i proizvodi malu količinu
električne energije iz vjetroelektrana na kopnu. U kolovozu 2010. god. međutim, francuska
Vlada je raspisala tender za izgradnju 3.000 MW instalirane snage vjetroelektrana na moru
s ukupnim iznosom investicije od 10 milijardi EUR. Te bi vjetroelektrane trebale biti
locirane na 10-ak mjesta, uglavnom u Kanalu (English Channel) i na mjestima oko 14 Km od
obale u sjevernoj Francuskoj. Prve vjetroturbine na temelju spomenutog tendera trebale
bi biti puštene u rad 2015. godine.
Do 2020. godine francuska Vlada ima za cilj izgraditi ukupno 6.000 MW instalirane snage
vjetroelektrana na moru.
Iako su troškovi izgradnje vjetroelektrana na moru dvostruko veći od onih za
vjetroelektrane na kopnu, jedna studija Pricewaterhouse Coopers-a predviđa da će
2026. godine ukupni kapacitet europskih vjetroelektrana na moru prestići ukupni
kapacitet europskih vjetroelektrana na kopnu.
Slide 11
Međunarodna prijenosna mreža za Sjeverno more i Baltičko more
(Offshore Super-Grid for Northern Europe)
Europska transnacionalna prijenosna elektromreža za vjetroelektrane na moru treba
omogućiti prijenos električne energije iz novih 40.000 MW do 2020. god. i očekivanih
150.000 MW do 2030. god.
U tom cilju je EWEA (European Wind Energy Association) izradila 20-godišnji plan razvoja
te mreže za Sjeverno more i Baltičko more (slika 3).
Ta super-mreža sastoji se od 11 mreža koje su već u pogonu, te od 21 mreže koje su u
gradnji, u projektiranju, ili su u fazi studija od TSOe (Transmission System Operators).
Na slici 3 su crvenom bojom označene mreže koje su već u pogonu, a žutom one koje
se grade ili projektiraju. Vidljivi su također i sabirni čvorovi za vjetroelektrane na moru
sa kojih se podmorskim kablovima električna energija vodi do kopna, gdje se uključuje
u opću europsku prijenosnu mrežu.
Najvažnije prednosti od ovakove super-mreže za Europu su slijedeće:
Ona omogućuje pristup svim vjetroelektranama na moru, a adekvatnim vođenjem
super-mreže i izglađivanje promjena isporuke električne energije iz pojedinih
vjetroelektrana.
Ona će omogućiti veću fleksibilnost u trgovanju električnom energijom unutar
Europe i na taj način bitno doprinesti europskoj energetskoj sigurnosti.
Slide 12
Slika 3.
Slide 13
2. TEHNOLOŠKI IZAZOV ZA BRODOGRADNJU I PRATEĆU INDUSTRIJU
Temeljenje vjetroelektrana na moru
Na mjestima gdje dubina mora ne prelazi 50 m dolaze u obzir fiksne u dno temeljene
vjetroturbine. Kod tih slučajeva naša brodogradnja bi mogla sudjelovati jedino kod
izrade čeličnog stupa, jer ona nije opremljena za izradu same turbine.
Kod dubina mora preko 50 m upotrebljavaju se plutajuće platforme, različitih sustava i
konstrukcija. Jedno od poznatih rješenja na američkom i europskom tržištu je tronožna
platforma prikazana u sljedećem kratkom video materijalu. To su složene konstrukcije,
vrlo interesantan proizvod za brodogradilišta.
Takova tronožna platforma služi kao nosač vjetroturbina za snage od 3,6 do 10 MW,
promjere rotora (lopatica) do 150 m i visine središta turbine do 90 m.
Statička stabilnost osigurana je primjenom zatvorenog sustava vodenog balasta u
nogama platforme, a dinamička stabilnost (prigušenje djelovanja valova) osigurano je
teškim pločama na donjem dijelu svake noge. Za sidrenje platforme na zadanom
mjestu, služe konvencionalne komponente tj. lanci ili poliesterska užad.
Slide 14
Inovativnost takovih konstrukcija omogućuje gradnju vjetroelektrana na moru i daleko od
obale, gdje su mnogo povoljniji uvjeti vjetra, na lokacijama koje su do sada bile nedostupne.
Najveća prednost plutajućih platformi je ta, da se one grade i montiraju završno sa
vjetroturbinom, na obali tj. u brodogradilištu, a zatim se nakon završenih ispitivanja
običnim tegljačem odvlače na predviđenu lokaciju. To dakako znatno smanjuje troškove
u usporedbi s izgradnjom temelja na moru, za što su potrebna specijalna plovila.
Slide 15
Specijalna plovila za gradnju i održavanje vjetroturbina na moru
U bazi podataka: “Heavy Lift and Cable Installation Vessels Database“, može se danas
naći 113 tipova plovila za gradnju i održavanje vjetroparkova na moru, koja su u gradnji
ili su već u uporabi.
Kao što samo ime baze podataka kaže, radi se s jedne strane o brodovima s dizalicama
za dopremu dijelova i postavljanje vjetroturbina, a s druge strane o brodovima za
polaganje podmorskih kablova.
Ta su plovila, iako manjih dimenzija od brodova koji se grade u hrvatskim
brodogradilištima, zbog svoje opremljenosti i tehnološke složenosti, proizvodi daleko
veće dodane vrijednosti.
Treba ipak imati predodžbu o dimenzijama i masi tereta s kojim se manipulira. Čelični
stupovi za vjetroturbinu, koji imaju promjer od 5 do7 metara, teže i preko 800 tona. Sam
generator vjetroturbine od 5 MW, s promjerom kruga lopatica od 125 do 150 metara,
teži preko 700 tona.
Slide 16
Na slikama od 4 do 9, prikazano je nekoliko specijalnih plovila za montiranje vjetroturbina
na pripremljene temelje:
Slika 4. Višenamjenski pomoćni brod za vjetroelektrane na moru;
Slika 5. Brod, koji kad dođe na radno mjesto može biti podizanjem pretvoren
u radnu platformu (Jack-up vessel);
Slika 6. Brod za dopremu dijelova na mjesto montaže, s mogućnošću pretvaranja
u radnu platformu;
Slika 7. Ploveća dizalica;
Slika 8. Brod za polaganje podmorskih kablova;
Slika 9. Brod za polaganje podmorskih kablova.
Sljedeća dva slučaja pokazuju da se europska brodogradilišta uključuju u proizvodnju za
vjetroelektrane na moru:
1. Poznato dansko brodogradilište Odense Steel Shipyard, koje je zbog nemogućnosti da
ugovori nove brodove trebalo zatvoriti 2012. god. ( kad isporuči već ugovorene brodove),
formiralo je Lindo Offshore Renewable Centre, u suradnji sa Technical University of
Denmark, koji će se baviti razvojem, projektiranjem i gradnjom tehnološki naprednih
temelja za vjetroelektrane na moru. Taj centar je već dobio prvu narudžbu od poznatog
proizvođača vjetroturbina VESTAS.
2. Poznato nizozemsko brodogradilište Merwede Shipyard, odlučilo je osnovati
specijalizirani centar kompetencija “IHC Offshore Wind“, u kojem želi objediniti svoje
specijaliste za gradnju vjetroelektrana na moru, jer želi nuditi paket integriranih rješenja,
za to rastuće tržište.
Slide 17
Slika 4. Višenamjenski pomoćni
brod za vjetroelektrane na moru
Slide 18
Slika 5. Brod, koji kad dođe na radno
mjesto može biti podizanjem pretvoren
u radnu platformu (Jack-up vessel)
Slide 19
Slika 6. Brod za dopremu dijelova
na mjesto montaže, s mogućnošću
pretvaranja u radnu platformu
Slide 20
Slika 7. Ploveća dizalica
Slide 21
Slika 8. Brod za polaganje
podmorskih kablova
Slide 22
Slika 9. Brod za polaganje
podmorskih kablova
Slide 23
3. ISTRAŽIVANJE, RAZVOJ I SUBLIFERACIJA (SUPPLY CHAIN)
Visokotehnološka industrija za proizvodnju vjetroturbina, koja je u razvijenim
zemljama već stekla iskustvo na izgradnji vjetroelektrana na kopnu, izgradnjom
vjetroelektrana na moru, nalazi se pred novim još složenijim uvjetima gradnje,
rada i održavanja vjetroturbina.
Pri rješavanju složenih tehničkih problema, s ciljem povećanja efikasnosti rada
vjetroturbina, potrebna su i fundamentalna istraživanja, kao što su npr. aerodinamika
rada lopatica ili meteorološke prognoze opterećenja povezane s optimiranjem
isporuke električne energije, uključivo i privremenim skladištenjem energije. Kod
takovih istraživanja koriste se senzori mikrometarskih dimenzija ugrađeni na površini
lopatice, koji daju informacije inteligentnom upravljačkom sustavu, da u realnom
vremenu mijenja aerodinamičke karakteristike lopatice i time povećava efikasnost
djelovanja vjetroturbine. U takova istraživanja uključuju se univerziteti i u Americi i u
Europi. U njemačkoj npr. postoji Zentrum für Windenergieforschung u kojem surađuju
instituti triju univerziteta: Oldenburg, Hannover i Bremen.
Slide 24
Kad se radi o vjetroelektranama na moru, posebno se istražuju i rješavaju
problemi za fiksno utemeljene vjetroturbine (The bottom-fixed offshore wind
industry), a posebno za vjetroturbine sa plutajućim platformama za duboko
more (The offshore floating wind industry). 2000. godine norveška firma
Statoil Hydro i Siemens instalirali su prvu snažnu vjetroturbinu, jugoistočno
od norveške obale na moru dubine 220 m (Hywind projekt). Firma Statoil
Hydro je razvila tehnologiju za postavljanje vjetroturbina na mjestima gdje
su dubine mora od 120 do 700 m.
Tehnički razvoj samih vjetroturbina pokazuje brzi rast pojedinačne snage.
Do sada je na moru bila najviše zastupljena Siemens-ova vjetroturbina od
3,6 MW. U velikim europskim projektima izgradnje vjetroelektrana na moru,
planiranima za ovo desetljeće, najčešće se spominju vjetroturbine snage
5 MW, a britanska firma Clipper Windpower je već razvila prototip
vjetroturbine od 7,5 MW, koji će uskoro biti ispitan u Clipper's Centre of
Excellence for Offshore Wind u sjeveroistočnoj Engleskoj.
Slide 25
Do sada je najveći broj vjetroturbina i na kopnu i na moru bio sa zupčaničkim
dvo ili trostepenim prijenosnikom, jer je potrebno povećati broj okretaja od
10-60o/min na osovini lopatica na 1200-1800o/min na osovini generatora. Jedina
firma koja je do sada isporučivala vjetroturbine bez zupčaničkog prijenosnika, tj.
sa direktnim prijenosom na generator s permanentnim magnetima (Direct drive
design), je njemačka firma Enercon.
U nekoliko slučajeva se pokazalo, da konstrukcija sa zupčanicima (koja ima veliki
broj pokretnih dijelova), zbog trošenja ne može uvijek zadovoljiti predviđeni
vijek trajanja od 20 godina, a svaki popravak daleko na moru je vrlo skup.
Stoga su i dva velika proizvođača vjetroturbina General Electric, USA i Siemens
usvojili konstrukciju bez zupčaničkog prijenosnika tj. Direct drive design. Ta
alternativa ima međutim jedan drugi problem, a to je da za permanentni
magnet u generatoru treba od 565 do 1000 kg legure neodymium-željezo-bor
za svaki MW snage. Neodymium (rijetka zemlja) je metal kojeg ima u
ograničenim količinama samo u jednom rudniku u Kini, pa je upitno sigurno
snabdjevanje u većim količinama.
Slide 26
Prema predviđanju GWEC (Global Wind Energy Council), na kopnu i na moru biti će do
2013. godine instalirano ukupno oko 56.000 MW vjetroturbina. Analitičari predviđaju
da će od toga oko 14.000 MW (25 %), biti konstrukcije Direct drive design.
Zbog rješavanja problema u tehničkom razvoju vjetroelektrana, osnivaju se
odgovarajući razvojni centri. Npr. japanska firma Mitsubishi će sa 100 milijuna
britanskig funti osnovati Centre for Advanced Technology u Edinburghu.
Složena proizvodnja vjetrogeneratora zahtjeva i složeni sustav subliferacije mnogih
dijelova (Supply chain), koji može zaposliti čitav niz manjih i srednjih poduzeća.
U Njemačkoj je stoga osnovan Cluster Germanwind u kojem je obuhvaćeno oko 150
proizvodnih poduzeća i istraživačko-razvojnih institucija.
Glavni ciljevi tog clustera za razvoj vjetroelektrana su:
Do 2015. god. postići paritet troškova električne energije iz vjetroelektrana sa
onima iz klasičnih izvora.
Do 2020. god. u Njemačkoj postići udio od 30 % vjetroenergije u ukupnoj
potrošnji električne energije (sada je oko 7 %).
Slide 27
Da bi se ti ciljevi postigli, razrađene su aktivnosti tog clustera, koje se svode na
povećanje efikasnosti vjetroturbina primjenom sljedećih mjera:
Povećanje pouzdanosti i vijeka trajanja komponenti;
Smanjenje proizvodnih i pogonskih troškova;
Smanjenje mase materijala (mjereno težinom gondole na vrhu turbine);
Povećanje stupnja korisnog djelovanja u području aerodinamike lopatica;
Razvoj novih materijala i proizvodnih postupaka.
Na kraju treba reći, da je izgradnja jedne vjetroelektrane na moru i organizacijski
složen poduhvat u kojem su zadaci ali i dobit podijeljeni između niza sudionika, a to
su: investitor odnosno vlasnik vjetroelektrane, management razvoja čitavog projekta,
inženjerski ured za konstrukciju, izvođač za gradnju i montažu (ako se radi o fiksnom
temeljenju specijalizirana firma za gradnju temelja), management za specijalna
plovila, proizvođač vjetroturbine i integrator u električku mrežu.
Svatko tko se želi uključiti kao jedan od sudionika u taj lanac (The value chain), mora
najprije izboriti svoje mjesto i biti spreman na strogo poštivanje rokova za poslove
koje je preuzeo. Interes naše zemlje trebao bi biti ne samo uključivanje hrvatskih
brodogradilišta, već i pojedinih dijelova industrije (npr. izrada dizalica, lijevanje
kućišta gondole iz nodularnog lijeva, izrada pojedinih dijelova same turbine), da bi
se osiguralo što više poslova, radnih mjesta i dobiti.
PLANOVI IZGRADNJE EUROPSKIH
VJETROELEKTRANA
NA MORU DO 2020. GODINE
Božidar Liščić
Okrugli stol HAZU 29. 03. 2011.
Slide 2
Sadržaj izlaganja:
1. Zašto su vjetroelektrane na moru svjetski i europski
megatrend u ovom desetljeću?
2. Tehnološki izazov za brodogradnju i prateću industriju
3. Istraživanje, razvoj i subliferacija (supply chain)
Slide 3
1. ZAŠTO SU VJETROELEKTRANE NA MORU SVJETSKI I EUROPSKI
MEGATREND U OVOM DESETLJEĆU?
Prema podacima Offshore Wind Market, koji se dnevno mogu pratiti na internetu, može se
odmah dobiti odgovor na ovo pitanje, prateći broj vjetroparkova koji se nalaze u gradnji
na cijelom svijetu,i dinamiku kojom se taj broj povećava. Npr. 28. 09. 2010. bilo je u gradnji
813 vjetroparkova na moru u 36 zemalja, a 10. 03. 2011. taj broj je već iznosio 929, dakle
porast od cca 14 % u 5 mjeseci.
S tehničkog gledišta, osnovni razlog da se sve više prelazi na izgradnju vjetroelektrana na
moru, je njihov veći stupanj iskoristivosti. Tijekom 23 godine stvarana je pouzdana
globalna baza podataka visoke rezolucije, o brzinama vjetra na svjetskim morima, pomoću
6 satelita upravljanih od NASA-e. Prema toj bazi podataka izrađene su tabele 10-godišnjih
srednjih vrijednosti brzine vjetra na visini od 100 metara iznad morske površine.
Za Atlanski ocean (Sjeverno more i obale uz Norvešku) dobiveni su podaci o relativno
konstantnim brzinama vjetra od 10-11 m/s, što omogućuje veći stupanj iskoristivosti
vjetroturbina.
Dok se kod vjetroturbina na kopnu računa u prosjeku sa stupnjem iskoristivosti instalirane
snage od 25 do 30 %, i sa manje konstantnim režimom vjetra, zbog utjecaja topografije tla,
na moru gdje tog utjecaja nema, stupanj iskoristivosti vjetroturbina prelazi i 40 %.
Slide 4
Europa je do sada bila predvodnik u izgradnji i korištenju vjetroelektrana na kopnu.
Slika 1 daje grubi pregled gdje se nalaze instalirane europske vjetroelektrane na
kopnu.
Statistički podaci EWEA (European Wind Energy Association) pokazuju da je u 2009.
godini instalirano novih 10.163 MW vjetroturbina, što je 23 % više nego prethodne
godine. Posebno je značajno da je to više instalirane snage nego što je u toj godini
u EU instalirano u bilo koji drugi oblik dobivanja električne energije.
Ukupne investicije u vjetroelektrane EU u 2009. godini iznosile su 13 milijardi EUR.
Energetski sektor EU nastavlja se udaljavati od energenata: ugljen, nafta i nuklearna
tehnologija. U tim vrstama proizvodnje električne energije nastavlja se trend većeg
rashodovanja postojećih nego instaliranja novih kapaciteta.
Od ukupno instalirane snage svih vrsta kapaciteta za proizvodnju električne
energije u EU u 2009. godini, koja je iznosila 821.006 MW, vjetroelektrane su
povećale svoj udio instaliranih kapaciteta na 74.767 MW tj. na 9,1 %, pri čemu
najviše vjetroelektrana danas ima Njemačka, koju slijede Španjolska, Italija,
Francuska i U.K.
Slide 5
Slika 1.
Slide 6
Europski potencijal vjetra na moru je enorman. On je od vitalnog značenja za
budućnost Europe, jer daje dobar dio odgovora na europsku dilemu:
Kako riješiti povećane potrebe za električnom energijom i zadovoljiti
uvjete u vezi s klimatskim promjenama?
Izgradnjom vjetroelektrana na moru, odgovor na to pitanje postiže se:
Eksploatacijom preobilnog i besplatnog izvora energije (vjetra),
bez emitiranja stakleničkih plinova;
Smanjenjem ovisnosti o uvozu sve skupljih energenata.
Tom izgradnjom postiže se osim toga:
Stvaranje nove visokotehnološke industrije, koja će kreirati tisuće
novih radnih mjesta;
Osiguravanje znatnih količina "domaće" električne energije.
Europska komisija računa da će kroz narednih 12 godina u EU biti potrebno izgraditi
ukupno oko 360.000 MW novih kapaciteta za proizvodnju električne energije, radi
zamjene postojećih postrojenja koja će biti rashodovana, i za pokriće očekivanih
povećanih potreba za električnom energijom.
Zbog toga je EWEA postavila za cilj da se do 2020. godine u EU izgradi ukupno
230.000 MW instaliranih kapaciteta svih vjetroelektrana, od čega 40.000 MW na moru.
Slide 7
Studija EEA (European Environment Agency) predviđa da bi ekonomski kompetitivan
potencijal vjetroelektrana na moru u 2020. godini iznosio 2600 TWh, što je 60-70 %
predviđenog potrebnog povećanja električne energije do tog vremena.
Zna se da će 2020. godine većina električne energije iz obnovljivih izvora biti proizvedena
u vjetroelektranama na kopnu.
Europa mora iskoristiti ovo desetljeće da se pripremi za eksploataciju velikih razmjera svog
najvećeg domaćeg izvora, a to su vjetroelektrane na moru.
U tom pogledu odvijaju se slijedeće aktivnosti:
U 2009. godini instalirano je u EU 584 MW vjetroturbina na moru, što je povećanje od
56 % prema prethodnoj godini (znatno veće povećanje od onoga 23 % koje vrijedi za
sve vjetroelektrane). Za to je u 2009. godini utrošeno 1,5 milijardi EUR. Predviđanja za
2010. godinu su bila 1000 MW novoinstaliranih vjetroelektrana na moru, tj. 71 % više
nego u 2009. godini, uz predviđenih 3 milijarde EUR investicija.
U ovom času u EU nalazi se u gradnji 16 vjetroelektrana na moru, ukupnog
instaliranog kapaciteta preko 3500 MW, dato je odobrenje za daljnje 52
vjetroelektrane na moru ukupnog instaliranog kapaciteta preko 16.000 MW, a
u fazi planiranja u Europi nalazi se oko 100.000 MW vjetroelektrana na moru.
Slide 8
Neki od velikih europskih projekata vjetroparkova na moru
I. Velika Britanija
Britanska institucija The Crown Estate, koja je nadležna za teritorijalne vode U.K., podijelila
ih je u 9 zona u kojima će se na temelju odluke britanske Vlade u okviru programa Round 3
graditi vjetroparkovi ukupne instalirane snage 32.000 MW. To je danas u svijetu najveći
projekt izgradnje vjetroelektrana na moru vrijedan oko 100 milijardi britanskih funti.
Cilj ovog projekta je da 2020. godine ove vjetroelektrane proizvode četvrtinu (25 %)
ukupnih potreba električne energije za U.K. Istovremeno one
će smanjiti emisiju CO2 između 40 i 80 miliona tona godišnje.
Za realizaciju instalirane snage od 32.000 MW potrebno je
6.400 vjetroturbina, ako svaka od njih ima snagu od 5 MW,
odnosno još veći broj vjetroturbina manje pojedinačne snage.
Najveći od vjetroparkova u pojedinim zonama ovog projekta
Dogger Bank od 9.000 MW udaljen je 200 Km od istočne obale
Engleske (slika 2) i zaprema površinu koja je 10 puta veća od
površine Berlina. Morsko dno na tom mjestu je pješčano, a
dubina mora je oko 30 metara.
Slika 2.
Slide 9
II. Švedska
Najveći skandinavski vjetropark na moru je švedski projekt Finngrunden. On će imati
ukupni instalirani kapacitet od 1.500 MW i sastojati će se od 300 vjetroturbina od po
5 MW. Očekivana godišnja proizvodnja električne energije iznositi će 5,6 TWh, što je
dovoljno za snabdjevanje 1.100.000 kućanstava.
Ovaj vjetropark, čija će gradnja početi 2014. godine, nalazi se u Baltičkom moru, 40 Km
istočno od švedske obale kod otočića Finngrunden na površini od 237 Km2, gdje dubina
mora iznosi od 3 do 20 metara.
Specifičnost ovog projekta je izrada posebnih temelja svake vjetroturbine, jer u tom
području se zimi more smrzava pa ledene sante koje se gibaju predstavljaju opasnost za
toranj vjetroelektrane.
Realizacijom ovog projekta predviđa se emisiju CO2 smanjiti godišnje za oko 1.700.000
tona, a emisiju SO2 za oko 40000 tona.
Ovaj projekt je dio švedske energetske strategije, da se za 10 godina 49 % potrošnje
električne energije pokriva iz obnovljivih izvora.
Slide 10
II. Francuska
Do sada Francuska nema niti jednu vjetroelektranu na moru i proizvodi malu količinu
električne energije iz vjetroelektrana na kopnu. U kolovozu 2010. god. međutim, francuska
Vlada je raspisala tender za izgradnju 3.000 MW instalirane snage vjetroelektrana na moru
s ukupnim iznosom investicije od 10 milijardi EUR. Te bi vjetroelektrane trebale biti
locirane na 10-ak mjesta, uglavnom u Kanalu (English Channel) i na mjestima oko 14 Km od
obale u sjevernoj Francuskoj. Prve vjetroturbine na temelju spomenutog tendera trebale
bi biti puštene u rad 2015. godine.
Do 2020. godine francuska Vlada ima za cilj izgraditi ukupno 6.000 MW instalirane snage
vjetroelektrana na moru.
Iako su troškovi izgradnje vjetroelektrana na moru dvostruko veći od onih za
vjetroelektrane na kopnu, jedna studija Pricewaterhouse Coopers-a predviđa da će
2026. godine ukupni kapacitet europskih vjetroelektrana na moru prestići ukupni
kapacitet europskih vjetroelektrana na kopnu.
Slide 11
Međunarodna prijenosna mreža za Sjeverno more i Baltičko more
(Offshore Super-Grid for Northern Europe)
Europska transnacionalna prijenosna elektromreža za vjetroelektrane na moru treba
omogućiti prijenos električne energije iz novih 40.000 MW do 2020. god. i očekivanih
150.000 MW do 2030. god.
U tom cilju je EWEA (European Wind Energy Association) izradila 20-godišnji plan razvoja
te mreže za Sjeverno more i Baltičko more (slika 3).
Ta super-mreža sastoji se od 11 mreža koje su već u pogonu, te od 21 mreže koje su u
gradnji, u projektiranju, ili su u fazi studija od TSOe (Transmission System Operators).
Na slici 3 su crvenom bojom označene mreže koje su već u pogonu, a žutom one koje
se grade ili projektiraju. Vidljivi su također i sabirni čvorovi za vjetroelektrane na moru
sa kojih se podmorskim kablovima električna energija vodi do kopna, gdje se uključuje
u opću europsku prijenosnu mrežu.
Najvažnije prednosti od ovakove super-mreže za Europu su slijedeće:
Ona omogućuje pristup svim vjetroelektranama na moru, a adekvatnim vođenjem
super-mreže i izglađivanje promjena isporuke električne energije iz pojedinih
vjetroelektrana.
Ona će omogućiti veću fleksibilnost u trgovanju električnom energijom unutar
Europe i na taj način bitno doprinesti europskoj energetskoj sigurnosti.
Slide 12
Slika 3.
Slide 13
2. TEHNOLOŠKI IZAZOV ZA BRODOGRADNJU I PRATEĆU INDUSTRIJU
Temeljenje vjetroelektrana na moru
Na mjestima gdje dubina mora ne prelazi 50 m dolaze u obzir fiksne u dno temeljene
vjetroturbine. Kod tih slučajeva naša brodogradnja bi mogla sudjelovati jedino kod
izrade čeličnog stupa, jer ona nije opremljena za izradu same turbine.
Kod dubina mora preko 50 m upotrebljavaju se plutajuće platforme, različitih sustava i
konstrukcija. Jedno od poznatih rješenja na američkom i europskom tržištu je tronožna
platforma prikazana u sljedećem kratkom video materijalu. To su složene konstrukcije,
vrlo interesantan proizvod za brodogradilišta.
Takova tronožna platforma služi kao nosač vjetroturbina za snage od 3,6 do 10 MW,
promjere rotora (lopatica) do 150 m i visine središta turbine do 90 m.
Statička stabilnost osigurana je primjenom zatvorenog sustava vodenog balasta u
nogama platforme, a dinamička stabilnost (prigušenje djelovanja valova) osigurano je
teškim pločama na donjem dijelu svake noge. Za sidrenje platforme na zadanom
mjestu, služe konvencionalne komponente tj. lanci ili poliesterska užad.
Slide 14
Inovativnost takovih konstrukcija omogućuje gradnju vjetroelektrana na moru i daleko od
obale, gdje su mnogo povoljniji uvjeti vjetra, na lokacijama koje su do sada bile nedostupne.
Najveća prednost plutajućih platformi je ta, da se one grade i montiraju završno sa
vjetroturbinom, na obali tj. u brodogradilištu, a zatim se nakon završenih ispitivanja
običnim tegljačem odvlače na predviđenu lokaciju. To dakako znatno smanjuje troškove
u usporedbi s izgradnjom temelja na moru, za što su potrebna specijalna plovila.
Slide 15
Specijalna plovila za gradnju i održavanje vjetroturbina na moru
U bazi podataka: “Heavy Lift and Cable Installation Vessels Database“, može se danas
naći 113 tipova plovila za gradnju i održavanje vjetroparkova na moru, koja su u gradnji
ili su već u uporabi.
Kao što samo ime baze podataka kaže, radi se s jedne strane o brodovima s dizalicama
za dopremu dijelova i postavljanje vjetroturbina, a s druge strane o brodovima za
polaganje podmorskih kablova.
Ta su plovila, iako manjih dimenzija od brodova koji se grade u hrvatskim
brodogradilištima, zbog svoje opremljenosti i tehnološke složenosti, proizvodi daleko
veće dodane vrijednosti.
Treba ipak imati predodžbu o dimenzijama i masi tereta s kojim se manipulira. Čelični
stupovi za vjetroturbinu, koji imaju promjer od 5 do7 metara, teže i preko 800 tona. Sam
generator vjetroturbine od 5 MW, s promjerom kruga lopatica od 125 do 150 metara,
teži preko 700 tona.
Slide 16
Na slikama od 4 do 9, prikazano je nekoliko specijalnih plovila za montiranje vjetroturbina
na pripremljene temelje:
Slika 4. Višenamjenski pomoćni brod za vjetroelektrane na moru;
Slika 5. Brod, koji kad dođe na radno mjesto može biti podizanjem pretvoren
u radnu platformu (Jack-up vessel);
Slika 6. Brod za dopremu dijelova na mjesto montaže, s mogućnošću pretvaranja
u radnu platformu;
Slika 7. Ploveća dizalica;
Slika 8. Brod za polaganje podmorskih kablova;
Slika 9. Brod za polaganje podmorskih kablova.
Sljedeća dva slučaja pokazuju da se europska brodogradilišta uključuju u proizvodnju za
vjetroelektrane na moru:
1. Poznato dansko brodogradilište Odense Steel Shipyard, koje je zbog nemogućnosti da
ugovori nove brodove trebalo zatvoriti 2012. god. ( kad isporuči već ugovorene brodove),
formiralo je Lindo Offshore Renewable Centre, u suradnji sa Technical University of
Denmark, koji će se baviti razvojem, projektiranjem i gradnjom tehnološki naprednih
temelja za vjetroelektrane na moru. Taj centar je već dobio prvu narudžbu od poznatog
proizvođača vjetroturbina VESTAS.
2. Poznato nizozemsko brodogradilište Merwede Shipyard, odlučilo je osnovati
specijalizirani centar kompetencija “IHC Offshore Wind“, u kojem želi objediniti svoje
specijaliste za gradnju vjetroelektrana na moru, jer želi nuditi paket integriranih rješenja,
za to rastuće tržište.
Slide 17
Slika 4. Višenamjenski pomoćni
brod za vjetroelektrane na moru
Slide 18
Slika 5. Brod, koji kad dođe na radno
mjesto može biti podizanjem pretvoren
u radnu platformu (Jack-up vessel)
Slide 19
Slika 6. Brod za dopremu dijelova
na mjesto montaže, s mogućnošću
pretvaranja u radnu platformu
Slide 20
Slika 7. Ploveća dizalica
Slide 21
Slika 8. Brod za polaganje
podmorskih kablova
Slide 22
Slika 9. Brod za polaganje
podmorskih kablova
Slide 23
3. ISTRAŽIVANJE, RAZVOJ I SUBLIFERACIJA (SUPPLY CHAIN)
Visokotehnološka industrija za proizvodnju vjetroturbina, koja je u razvijenim
zemljama već stekla iskustvo na izgradnji vjetroelektrana na kopnu, izgradnjom
vjetroelektrana na moru, nalazi se pred novim još složenijim uvjetima gradnje,
rada i održavanja vjetroturbina.
Pri rješavanju složenih tehničkih problema, s ciljem povećanja efikasnosti rada
vjetroturbina, potrebna su i fundamentalna istraživanja, kao što su npr. aerodinamika
rada lopatica ili meteorološke prognoze opterećenja povezane s optimiranjem
isporuke električne energije, uključivo i privremenim skladištenjem energije. Kod
takovih istraživanja koriste se senzori mikrometarskih dimenzija ugrađeni na površini
lopatice, koji daju informacije inteligentnom upravljačkom sustavu, da u realnom
vremenu mijenja aerodinamičke karakteristike lopatice i time povećava efikasnost
djelovanja vjetroturbine. U takova istraživanja uključuju se univerziteti i u Americi i u
Europi. U njemačkoj npr. postoji Zentrum für Windenergieforschung u kojem surađuju
instituti triju univerziteta: Oldenburg, Hannover i Bremen.
Slide 24
Kad se radi o vjetroelektranama na moru, posebno se istražuju i rješavaju
problemi za fiksno utemeljene vjetroturbine (The bottom-fixed offshore wind
industry), a posebno za vjetroturbine sa plutajućim platformama za duboko
more (The offshore floating wind industry). 2000. godine norveška firma
Statoil Hydro i Siemens instalirali su prvu snažnu vjetroturbinu, jugoistočno
od norveške obale na moru dubine 220 m (Hywind projekt). Firma Statoil
Hydro je razvila tehnologiju za postavljanje vjetroturbina na mjestima gdje
su dubine mora od 120 do 700 m.
Tehnički razvoj samih vjetroturbina pokazuje brzi rast pojedinačne snage.
Do sada je na moru bila najviše zastupljena Siemens-ova vjetroturbina od
3,6 MW. U velikim europskim projektima izgradnje vjetroelektrana na moru,
planiranima za ovo desetljeće, najčešće se spominju vjetroturbine snage
5 MW, a britanska firma Clipper Windpower je već razvila prototip
vjetroturbine od 7,5 MW, koji će uskoro biti ispitan u Clipper's Centre of
Excellence for Offshore Wind u sjeveroistočnoj Engleskoj.
Slide 25
Do sada je najveći broj vjetroturbina i na kopnu i na moru bio sa zupčaničkim
dvo ili trostepenim prijenosnikom, jer je potrebno povećati broj okretaja od
10-60o/min na osovini lopatica na 1200-1800o/min na osovini generatora. Jedina
firma koja je do sada isporučivala vjetroturbine bez zupčaničkog prijenosnika, tj.
sa direktnim prijenosom na generator s permanentnim magnetima (Direct drive
design), je njemačka firma Enercon.
U nekoliko slučajeva se pokazalo, da konstrukcija sa zupčanicima (koja ima veliki
broj pokretnih dijelova), zbog trošenja ne može uvijek zadovoljiti predviđeni
vijek trajanja od 20 godina, a svaki popravak daleko na moru je vrlo skup.
Stoga su i dva velika proizvođača vjetroturbina General Electric, USA i Siemens
usvojili konstrukciju bez zupčaničkog prijenosnika tj. Direct drive design. Ta
alternativa ima međutim jedan drugi problem, a to je da za permanentni
magnet u generatoru treba od 565 do 1000 kg legure neodymium-željezo-bor
za svaki MW snage. Neodymium (rijetka zemlja) je metal kojeg ima u
ograničenim količinama samo u jednom rudniku u Kini, pa je upitno sigurno
snabdjevanje u većim količinama.
Slide 26
Prema predviđanju GWEC (Global Wind Energy Council), na kopnu i na moru biti će do
2013. godine instalirano ukupno oko 56.000 MW vjetroturbina. Analitičari predviđaju
da će od toga oko 14.000 MW (25 %), biti konstrukcije Direct drive design.
Zbog rješavanja problema u tehničkom razvoju vjetroelektrana, osnivaju se
odgovarajući razvojni centri. Npr. japanska firma Mitsubishi će sa 100 milijuna
britanskig funti osnovati Centre for Advanced Technology u Edinburghu.
Složena proizvodnja vjetrogeneratora zahtjeva i složeni sustav subliferacije mnogih
dijelova (Supply chain), koji može zaposliti čitav niz manjih i srednjih poduzeća.
U Njemačkoj je stoga osnovan Cluster Germanwind u kojem je obuhvaćeno oko 150
proizvodnih poduzeća i istraživačko-razvojnih institucija.
Glavni ciljevi tog clustera za razvoj vjetroelektrana su:
Do 2015. god. postići paritet troškova električne energije iz vjetroelektrana sa
onima iz klasičnih izvora.
Do 2020. god. u Njemačkoj postići udio od 30 % vjetroenergije u ukupnoj
potrošnji električne energije (sada je oko 7 %).
Slide 27
Da bi se ti ciljevi postigli, razrađene su aktivnosti tog clustera, koje se svode na
povećanje efikasnosti vjetroturbina primjenom sljedećih mjera:
Povećanje pouzdanosti i vijeka trajanja komponenti;
Smanjenje proizvodnih i pogonskih troškova;
Smanjenje mase materijala (mjereno težinom gondole na vrhu turbine);
Povećanje stupnja korisnog djelovanja u području aerodinamike lopatica;
Razvoj novih materijala i proizvodnih postupaka.
Na kraju treba reći, da je izgradnja jedne vjetroelektrane na moru i organizacijski
složen poduhvat u kojem su zadaci ali i dobit podijeljeni između niza sudionika, a to
su: investitor odnosno vlasnik vjetroelektrane, management razvoja čitavog projekta,
inženjerski ured za konstrukciju, izvođač za gradnju i montažu (ako se radi o fiksnom
temeljenju specijalizirana firma za gradnju temelja), management za specijalna
plovila, proizvođač vjetroturbine i integrator u električku mrežu.
Svatko tko se želi uključiti kao jedan od sudionika u taj lanac (The value chain), mora
najprije izboriti svoje mjesto i biti spreman na strogo poštivanje rokova za poslove
koje je preuzeo. Interes naše zemlje trebao bi biti ne samo uključivanje hrvatskih
brodogradilišta, već i pojedinih dijelova industrije (npr. izrada dizalica, lijevanje
kućišta gondole iz nodularnog lijeva, izrada pojedinih dijelova same turbine), da bi
se osiguralo što više poslova, radnih mjesta i dobiti.