Инновации (разработки)

Новые кабельные конструкции для плавающих ветровых турбин

Новые кабельные конструкции для плавающих ветровых турбин

25 января 2021, 08:59
Рубрика: Инновации
Метки: Nexans
Отрасль: Кабельная промышленность 
Источник: RusCable.Ru

Обсудить на форуме

Время чтения ≈ 10 мин
985

По материалам статьи Максима Тулотта (Maxime Toulotte), руководителя отдела технического маркетинга бизнес-группы «Подводные и наземные системы» (SLS) компании Nexans, в издании Windpower Engineering & Development.

Морская ветроэнергетика переживает период бурного развития и вносит значительный вклад в глобальный переход к надёжному и безопасному энергоснабжению в будущем, обеспечивая возможность разнообразных «умных» операций и использование более мощных ветровых турбин. Европа по-прежнему представляет собой самый большой рынок, на который приходится почти 80% глобальной мощности ветровых энергоустановок, при этом установленная мощность увеличивается примерно на 30% в год. В настоящее время большинство кластеров ветрогенераторов создаются в прибрежной зоне в относительно мелких водах, такая технология хорошо разработана и уже вполне утвердилась. По мере того как спрос на возобновляемую энергию продолжает расти, появляется необходимость в продвижении ветровых установок подальше от берега в более глубокие воды, где ветер сильнее и более постоянный.

До настоящего времени в большинстве ветровых электростанций использовались неподвижные силовые кабели от турбин, закреплённых на морском дне на глубине 50 – 60 метров. Однако для установки ветровых турбин в более глубоких водах необходима плавающая технология – ветровые турбины на плавучих платформах, закреплённых неподвижно на морском дне. Для плавучих ветровых турбин также требуются динамичные подводные кабельные системы с высокой пропускной способностью, предназначенные для сбора и экспорта вырабатываемой электроэнергии. Морские парки ветровых энергоустановок, на которых можно было бы использовать плавучие турбины большего размера, подразделяются на две основные географические группы. Первая группа рассчитана на работу на глубине от 100 до 200 метров и подходит для таких регионов, как европейское атлантическое побережье, Великобритания и Северное море у берегов Норвегии. Вторая группа могла бы включать парки ветровых энергоустановок, расположенных в море на большей, в 5 -10 раз, глубине - например, в Средиземном море или у Западного побережья США. Силовые кабели, которые соединяют турбины с морским дном, подвергаются значительным динамическим нагрузкам из-за волн и течений. Поэтому эти кабели должны быть адаптированы ко всем перемещениям и нагрузкам, создаваемым океаном, а также весом плавающей платформы. Компания Nexans обладает глубокими знаниями о прочностных характеристиках и поведении конструкций динамичных кабелей в системах, представляющих собой комбинацию кабеля и трубопровода (шлангокабелей) и используемых в шельфовой нефтяной и газовой промышленности. Благодаря этому она одна из немногих компаний с установившейся репутацией, демонстрирующих положительные результаты в области как высоковольтных подводных кабельных систем, так и динамичных кабелей и шлангокабелей. В настоящее время в проектах разработок эффективно используются оба эти научные направления. Накопленный на протяжении десятков лет опыт компании Nexans, участвующей в многочисленных проектах, связанных с разработкой нефтяных и нефтегазовых месторождений, является бесценным в плане усовершенствования разрабатываемых производственных технологий. Этот опыт также показал, что необходимы дальнейшие технологические разработки для того, чтобы обеспечить эффективную передачу мощности высокого напряжения, которую необходимо будет экспортировать с крупных плавучих ветровых электростанций. Потребуются огромные турбины, которые в перспективе обеспечат высокие уровни напряжения и выходного тока при мощности порядка 20 МВт. Кабели, предназначенные для передачи мощности с морских ветровых электростанций на берег, должны быть рассчитаны на высокий уровень напряжения, а, значит, не только быть большего размера, но также не допускать проникновения воды или влаги в изоляцию. Для этого необходим водозащитный барьер, который в статичных кабелях обеспечивается за счёт использования свинцовой оболочки, экструдируемой на кабель. Такую оболочку нельзя использовать в случае кабелей для плавучих морских ветровых энергоустановок, так как она не обладает достаточной гибкостью и не способна выдерживать динамические перемещения, вызывающие усталостное растрескивание. Это ограничение побудило компанию Nexans разработать альтернативные варианты, такие как металлическая фольга или полимерный композит типа «сандвич», пригодные для использования в кабелях многокилометровой длины. Такой барьер должен быть достаточно большой толщины для обеспечения надёжной защиты, но не настолько толстым, чтобы препятствовать перемещениям кабеля. Внесение структурных изменений такого рода в известную кабельную конструкцию, несомненно, окажет влияние на другие свойства. Предпринимая такой комплексный подход к разработке конструкции, компания Nexans учитывает различные факторы, такие как прочность, гибкость, плавучесть и терморегулирование. Прогностические модели, разрабатываемые на основании многолетнего опыта в области нефтегазовой промышленности, представляют собой бесценный источник данных для команд разработчиков компании Nexans. Дополнительным преимуществом является то, что за весьма незначительную сумму компания может инкорпорировать оптические волокна в конструкцию динамичных силовых кабелей для обеспечения связи между двумя конечными пунктами. Это может дать возможность своевременного предупреждения операторов, когда какая-либо часть кабеля испытывает механическое напряжение или резкое повышение локальной температуры.

Норвежский оператор Equinor, энергетическая компания, ранее известная как Statoil, был одним из первых операторов в нефтегазовой отрасли, перешедших на плавучие ветровые энергоустановки. В 2009 году компания Equinor установила первую в мире полномасштабную плавучую турбину – Hywind Demo – в Северном море у побережья Норвегии. Эта установка основана на турбине мощностью 2,3 МВт с диаметром ротора 82 метра. Спустя несколько лет, в 2017 году, компания Equinor ввела в эксплуатацию первую в мире плавучую ветровую электростанцию – Hywind Scotland Pilot Park, расположенную в 30 километрах от побережья округа Абердиншир (Aberdeenshire) в Шотландии. Диаметр ротора в этой установке был увеличен до 154 метров, общая высота составляет 253 метра. Компания Nexans, которая продемонстрировала высокий уровень качества своих статичных и динамичных кабелей и соответствующей арматуры на норвежском объекте, была привлечена на договорной основе к поставке динамичных кабельных систем для этого проекта. На глубине от 95 до 120 метров пилотная электростанция занимает примерно 4 км2 и соединена с берегом 30-километровым кабелем для экспорта электроэнергии. В среднем высота волн здесь составляет 1,8 метров, а средняя скорость ветра – 10 метров в секунду. Эта электростанция с установленной мощностью 30 МВт состоит из пяти 6-МВт турбин, объединённых соединительной кабельной сетью, которая питает один кабель для экспорта энергии на берег. Кабельные системы были разработаны, изготовлены, протестированы, транспортированы, оконцованы, подготовлены для прокладки и поставлены индивидуальными, готовыми для прокладки длинами.

После успешного проекта Hywind были разработаны другие плавучие турбины. Несколько проектов находятся на стадии согласования и внедрения. Компания Equinor недавно приступила к строительству Hywind Tampen, первого в мире плавучего ветрового энергокомплекса для электроснабжения морских нефтяных и газовых платформ. Эта ветровая электростанция мощностью 88 МВт состоит из 11 ветровых турбин и предназначена для обеспечения электроэнергией работ, проводимых на месторождениях Снорре (Snorre) и Гуллфакс (Gullfaks) в норвежском секторе Северного моря. Этот проект послужит испытательной базой для дальнейших разработок плавучих ветровых энергоустановок и исследований интеграции между газотурбинными и ветровыми системами генерирования энергии. В техническом отношении увеличение размеров и генерируемой мощности морских ветровых турбин оказывает значительное позитивное влияние на привлекательность и коммерческую жизнеспособность таких морских ветровых электростанций. И по прогнозам экспертов, морская ветроэнергетика будет представлять собой главный путь для глобального энергетического поворота и перехода к надёжному и безопасному энергоснабжению в будущем. Согласно информации Международного энергетического агентства (International Energy Agency - IEA), использование в более глубоких водах плавучих, а не стационарных ветровых турбин представляется очень перспективным, и вырабатываемая ими энергия сможет в несколько раз превысить потребности в электроэнергии к 2040 году.

Нашли ошибку? Выделите и нажмите Ctrl + Enter

Подписаться на новости
Добавьте «RusCable.Ru» в предпочтительные источники в Яндекс Новостях, так вы первыми узнаете о главных новостях и важнейших событиях дня.

Обсудить на форуме

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно
Главные новости недели RusCable
+