Мы создаем коробки, которые питают мир

Jun 19, 2023

На бескрайних просторах океана, где царит непрекращающаяся сила ветра, возникает чудо инженерной мысли: «большой желтый ящик». Эти колоссальные морские ветроэнергетические мощности готовы использовать необузданную силу природы.

Если мы хотим достичь наших целей в области возобновляемых источников энергии к 2030 году, которые для Соединенного Королевства требуют пятикратного увеличения нынешней мощности морской ветровой энергии (до 50 ГВт), а для Европы — увеличения как минимум в 25 раз нынешних мощностей, нам необходимо активизировать гонка за создание инфраструктуры, необходимой для достижения этой цели. Сюда входят внушительные конструкции, спрятанные между морскими ветряными турбинами и видимые с наших берегов – «большие желтые ящики». В этой статье мы раскрываем факты об этой важной части цепочки поставок ветровой энергии.

Petrofac и Hitachi Energy заключили многолетнее рамочное соглашение с TenneT, поскольку компания работает над расширением морских ветроэнергетических мощностей в голландско-германском Северном море.

Хотя эти конструкции, расположенные среди морских ветряных турбин, не всегда представляют собой коробки (некоторые из них имеют открытый каркас) и не всегда желтые, они представляют собой подстанции или средства передачи. В них размещены трансформаторы, распределительные устройства и другое электрооборудование, необходимое для преобразования электроэнергии, вырабатываемой турбинами, в ток, который можно надежно доставлять на берег по подводным кабелям.

Турбины генерируют электроэнергию в виде переменного тока высокого напряжения (HVAC). Но эффективная транспортировка этой энергии на берег может привести к колебаниям и потерям в зависимости от того, насколько далеко ветряная электростанция находится от суши. Если ветряная электростанция находится примерно в 50 километрах от суши, подводные кабели могут эффективно передавать энергию в виде переменного тока (AC). Но на расстояниях, обычно превышающих 70 километров, переменный ток, получаемый от турбин, необходимо преобразовать в постоянный ток высокого напряжения (HVDC) для передачи по кабелю без значительных колебаний и потерь.

Надежность этого электрооборудования жизненно важна для поддержания стабильного потока электроэнергии от фермы к сети. Это означает, что морские сооружения, на которых установлено это оборудование, должны быть устойчивы к волнам, ветру, течению и даже землетрясениям. Большинство опорных конструкций состоят из стальных пластин, труб и балок, окрашенных для защиты от коррозии. Контейнеры, в которых размещено электрооборудование, изготовлены из углеродистой стали и обычно покрыты слоями устойчивой к коррозии краски. Ограждение (стойки и раскосы) или моносвайные опорные конструкции (одиночные опоры), погруженные в воду, обрабатываются другими, более устойчивыми к коррозии технологиями, такими как жертвенные аноды (это история в другой раз).

Возникает вопрос: «Почему подстанции или средства передачи желтые?» Желтый, оранжевый, красный, черный и белый являются апосематическими: окраска, обозначающая предупреждение. Их также легко увидеть в окружающей среде, даже при слабом освещении. В природе птицы, пчелы, лягушки и змеи используют желтый цвет как предупреждение о потенциальных угрозах и хищниках. Со временем эти предупреждающие цвета нашли отражение в нашей производственной среде. В морской среде использование желтого цвета обеспечивает видимость сооружений, что облегчает морскую навигацию. На практике это только те части, которые видны от ватерлинии (самая низкая точка, допускающая отливы) и выше.

Если раньше глубина воды была ограничением для самих ветряных турбин, то достижения в области проектирования и технологий означают, что ветряные электростанции теперь строятся на гораздо более глубоких водах – с турбинами, опирающимися на плавучие опорные конструкции. Теоретически подстанции с фиксированным дном всегда могли обрабатывать гораздо более глубокие воды, такие же глубины, как и морские нефтегазовые объекты; их глубина может достигать 500 метров, что превышает высоту башен Петронас в Куала-Лумпуре, Малайзия. Сегодня ведется проектирование и разработка, позволяющая сделать морские подстанции также плавучими конструкциями, а это означает, что в будущем морские ветряные электростанции могут располагаться в местах, которых мы никогда раньше не могли достичь.

Хотя для этих морских сооружений не существует оптимальной формы или размера, мощность, необходимая для ветряной электростанции, определяет, какое оборудование и в каком количестве будет установлено на платформе. Каждый раз практически индивидуальный дизайн. Именно это стремятся изменить те, кто участвует в проектах TenneT 2GW, включая Petrofac. Одной из ключевых задач проекта TenneT в рамках программы 2GW является разработка более стандартизированного и воспроизводимого проекта: это открывает возможности для более эффективного подхода к проектированию и решения для доставки значительного количества «больших желтых ящиков», необходимых для более быстрого достижения государственных целей. Гонка действительно началась.