Morska energetyka wiatrowa stanowi obecnie jeden z najszybciej rozwijających się sektorów energetyki odnawialnej. Tylko w 2022 r. na całym świecie uruchomiono nowe farmy wiatrowe o mocy ok 9 GW, dzięki czemu globalny potencjał instalacji offshore wzrósł do poziomu ponad 64 GW.
Dzisiaj swoje wiatraki na morzu ma blisko 20 krajów. Poza Chinami i Europą, projekty rozwijane są w Japonii, na Tajwanie, w Wietnamie, w Korei Południowej, czy w USA. Ambitne plany w tym zakresie mają także inne kraje, w tym Indie, Brazylia, Kolumbia, Australia, Nowa Zelandia, Kanada czy Filipiny. W sumie jest to niemal 15000 turbin wiatrowych pracujących na ok 300 farmach offshore. Wkrótce tego typu instalacje powstaną również w polskiej części Morza Bałtyckiego.
Wszystko zaczęło się w 1991 r., gdy rozpoczęło pracę 11 turbin pierwszej na świecie morskiej farmy wiatrowej Vindeby w Danii. Inwestycja miała niespełna 5 MW łącznej mocy zainstalowanej, co pozwalało zaspokoić roczne potrzeby energetyczne zaledwie około 2200 gospodarstw domowych. Od tego czasu wiele się zmieniło. Dzisiejsze wiatraki na morzu mają 30-krotnie większą moc oraz są wyższe niż Pałac Kultury i Nauki w Warszawie.
| Farma wiatrowa Vindeby z 1991 r. | Największe współczesne farmy offshore | |
| Moc pojedynczej turbiny | 0,45 MW | 15 MW |
| Średnica wirnika | 37,5 metrów | 236 metrów |
| Wysokość wieży | 54 metry | 280 metrów |
| Współczynnik wykorzystania mocy | 22% | ponad 60% |
| Średnioroczna produkcja | 9.61 GWh | 80 GWh |
Specjaliści nie mają wątpliwości przyszłość należy do offshoru. Podstawowym argumentem przemawiającym za tym jest stale zwiększający się popyt na energię elektryczną. Tylko w Unii Europejskiej zapotrzebowanie na nią wzrośnie do 2050 roku ponad dwukrotnie - z obecnych 3 tys. TWh do 6,8 tys. TWh. Energia wiatrowa odegra kluczową rolę dla tej transformacji. Dziś wiatr stanowi tylko 16 proc. miksu energetycznego Europy, ale do 2050 roku ten odsetek ma wzrosnąć do 50 proc.
W tej rewolucji technologicznej pomocna będzie wzrastająca wydajność morskich farm wiatrowych, ale również coraz niższe koszty inwestycyjne. Od 2012 roku spadły one w Europie o 63 procent. Oznacza to, że nakłady ponoszone na nowe instalacje offshore są już w większości przypadków niższe niż koszty nowo budowanych elektrowni węglowych i gazowych. Co więcej, zasoby morskiej energetyki wiatrowej są niemal nieograniczone. W raporcie Międzynarodowej Agencji Energii z 2019 r. stwierdzono, że morska energia wiatrowa ma potencjał wygenerowania ponad 420 000 TWh rocznie. To 18 razy więcej niż wynosi obecne globalne zapotrzebowanie na energię elektryczną!
Jak wyglądają farmy wiatrowe na morzu?
Farma offshore to skomplikowany organizm składający się wielu elementów. Do najważniejszych z nich należy: zespół turbin wiatrowych o różnej liczebności rozmieszczonych na danym akwenie, sieci elektroenergetyczne i teletechniczne oraz stacje elektroenergetyczne.
Turbiny wiatrowe są rozstawione na morzu według określonego schematu, tworzącego uporządkowaną siatkę. Uwzględnia ona m.in. odległość pomiędzy wiatrakami. Musi ona być nie mniejsza niż siedmio-ośmiokrotność średnicy wirnika. Wtedy produkcja jest najefektywniejsza.
Budowa wiatraka
W skład typowej, pojedynczej instalacji wiatrowej wchodzi:
- fundament,
- wieża,
- gondola z wirnikiem i generatorem.
- Waga – ponad 2000 tys. ton
- Długość – ponad 100 m
Fundament jest konstrukcją znajdującą się pod powierzchnią wody. Można go wykonać w kilku technologiach w zależności od odległości od brzegu i głębokości morza, a także budowy geologicznej dna morskiego.
Najpopularniejszym rozwiązaniem na świecie są fundamenty monopalowe. Składają się one ze stalowych cylindrów bezpośrednio wbijanych na głębokość nawet 50 metrów w dno morskie. Konstrukcję tę charakteryzuje stosunkowo niskie koszty i łatwość wykorzystania na obszarze gdzie woda jest dość płytka (przeważnie 20-30 metrów głębokości).
- Waga – ponad 1000 ton
- Długość – ponad 200 m
Wieża jest elementem konstrukcyjnym elektrowni wiatrowej, na której montuje się wirnik wraz z gondolą i generatorem. Jej wielkość (wysokość i średnica) zależy m.in. od modelu turbiny oraz warunków wietrznych. Średnica wieży jest większa u podstawy i może sięgać 20 metrów, natomiast w okolicach gondoli dochodzi do 4 metrów. Wieże wykonane są najczęściej ze stali lub betonu. Montuje się je za pomocą łącznika (elementu przejściowego) na fundamencie.
Waga ok 600 ton z:
- wirnikiem – długość łopaty – ok 110 m, waga ok 20 ton,
- generatorem.
Kluczowy element konstrukcyjny elektrowni wiatrowej odpowiedzialny za przekształcenie energii kinetycznej na energię elektryczną. Mechanizm jest bardzo prosty. Pod wpływem podmuchu wiatru łopaty wiatraka zaczynają się poruszać, a energia kinetyczna przenoszona jest na ruch obrotowy wirnika. Następnie przez wał trafia ona do generatora, który zamienia ją w energię elektryczną.
