Turbine eoliene plutitoare

Energia eoliană este privită tot mai mult ca o resursă ce trebuie obligatoriu exploatată, astfel că eforturile de extindere şi de optimizare a soluţiilor se intensifică. Pentru Europa ea este văzută şi ca o cheie pentru independenţa energetică. În acest context nu apar surprinzătoare tendinţele privind creşterea puterii turbinelor, sau privind instalarea de turbine eoliene cât mai în largul mării. Ori, asemenea tendinţe presupun abordări şi soluţii tehnologice deosebite.

Turbine off-shore flotante

Recent s-a instalat pe coasta franceză a Oceanului Atlantic (Le Croisic, nu departe de Nantes) o turbină eoliană aparte: una plutitoare. Are o putere de 2MW și propriul post de transformare pentru conectare la rețeaua electrică națională. Deși este o instalare experimentală, ea constituie o bornă importantă în evoluția turbinelor eoliene off-shore. Proiectul care a zămislit-o, FLOATGEN (cu finanțare UE prin FP7-Energy), s-a derulat pe durata a patru ani, iar în următorii doi ani instalația va funcționa în regim de test, perioadă în care probabil va confirma conceptul tehnic și va oferi detalii aplicative privind operarea și mentenanța acestui soi de turbină.

Da, idei de turbine plutitoare au mai fost, și probabil vor mai apărea. Însă cea de față, cu o putere instalată semnificativă, este deja reală și gata de examen. Deși în cazul acesta examenul este mai degrabă o validare, asemenea proiecte – propunând schimbări de paradigmă – sunt privite de societate cu interes și speranță.

La nivelul anului 2015 existau în Europa peste 3000 de turbine eoliene instalate în largul mărilor, cumulând o putere electrică instalată de peste 10 GW, iar în 2020 se estimează că sectorul acesta va produce peste 23 GW. (Conform rapoartelor și previziunilor EWEA).

Avantajul abordării flotante

Soluția clasică de turbină eoliană off-shore puternică presupune ca turnul suport să fie fixat pe fundul mării. Ceea ce limitează adâncimea apei pentru instalare (respectiv depărtarea față de țărm), dar și pune o serie de condiții privind constituența și forma fundului de mare.

Astfel că deja putem întrevedea avantajele unei instalații flotante, iar dacă analizăm un pic ilustrația următoare – remarcând forma cumva inelară a structurii plutitoare (pe care este prins turnul turbinei eoliene) dar și sistemul de cabluri pentru ancorarea platformei –, vom înțelege concret atuurile acesteia:

• potrivire pentru instalări mai depărtate de țărm și/sau în locuri cu adâncime mare a apei;
• structura suport poate fi mai ușoară decât în cazul turbinei cu turn imobilizat pe fundul marin;
• abordarea flotantă ocolește problema fundului marin dificil/nepotrivit (inclusiv micșorând impactul ecologic);
• este mai potrivită pentru zonele cu vânt puternic (instalația având o oarecare mobilitate, se atenuează solicitările mecanice din structură);
• potențialul de deplasare permite mutarea turbinei în caz de necesitate;
• operațiunile de revizie generală – ca parte a mentenanței – sunt mai ieftine (platforma este remorcată până la mal, unde operațiunile sunt mai facile: nu sunt necesare scufundări ori deplasări ale echipamentelor de întreținere); ș.a.m.d.

Putem intui o parte dintre eforturile de proiec­tare și de realizare pe care a trebuit să le facă firma IDEOL până ce instalația să fie montată și pregătită pentru testul real pe care îl are în față. Câteva detalii, precum cele privitoare la profilarea și optimizarea hidro-dinamică a structurii plutitoare sau la proiectarea sistemului de ancorare, ar fi deosebit de interesante. Și probabil că ele vor putea fi accesate de persoanele implicate în proiecte/lucrări cu instalații energetice off-shore.

Alte noutăţi în tehnologiile off-shore

Rezultate promițătoare în domeniul ex­­ploatării energiei eoliene au rezultat recent și din cercetările privind aplicarea supraconduc­tibilității în conceperea generatorului electric al turbinei de vânt. Spuneam mai devreme că pentru instalațiile eoliene se doresc puteri tot mai mari pentru ca investiția să fie eficientă (să merite, care-va-să-zică). (Și ne amintim că densitatea energetică este un criteriu imperativ în sfera strategiilor și politicilor, relativ la care, să recunoaștem!, energia nucleară este greu detronabilă.) Ori, puterea instalată a unui ge­­nerator tipic depășește cu greu 10 MW, fie că turbina este una cu reductor mecanic fie că elicea angrenează direct un generator cu magneți permanenți (așa cum vorbeam și în T&T nr.4/2013). Pentru abordarea cu generator electric în cuplaj direct, cercetări recente propun reducerea di­­mensiunii și greutății prin angajarea tehnologiilor supraconductoare: prin folosirea de materiale apte de supraconductibilitate la înfășurările electrice ale generatorului (precum aliajele cu MgB₂), sau prin aportul unor circuite criogenice adiționale. Oricum, astfel de concepte presupun reproiectarea integrală a generatorului electric, iar 2017 va fi anul în care primele tehnologii SCG (SuperConducting Generator) vor fi puse la încercări reale.

O altă direcție de inovare vizează tehnologiile de monitorizare a stărilor structurale pentru turbinele eoliene off-shore, supuse inevitabil atât la solicitări intense din partea vântului, cât și din partea valurilor sau a curenților marini. Așa cum spuneam și în T&T nr.5/2014, identificarea timpurie a defectelor îngăduie o planificare mai judicioasă a intervențiilor și reducerea costurilor de mentenanță. Seturi de senzori (actualmente însumând 40-50 de senzori/turn) supraveghează în locații cheie ale turbinei: pale, rotor, reductor, generator, nacelă, turnul suport, iar datele furnizate de senzorii de integritate structurală sunt transmise în timp real operatorului de la țărm.

Notăm în final și preocupările privind dimi­nuarea impactului pe care instalările de turbine eoliene off-shore îl au asupra mediului, cu speranța că se vor găsi soluții cât mai acceptabile din toate punctele de vedere.

Mircea Băduț este inginer, consultant CAD/IT