Изучение основных различий между наземными и морскими ветряными электростанциями.
Энергия ветра является одним из самых распространенных, доступных и надежных источников энергии во всем секторе возобновляемой энергетики. Это также был один из первых возобновляемых источников энергии, которые начали использовать, учитывая, что преобразование кинетической энергии (движения) в потребляемую энергию (электричество) играло важную роль в технике с древних времен. Великобритания, Дания, Германия, Швеция и Голландия были первыми пионерами ветроэнергетики, но в последнее десятилетие к ним присоединились такие страны, как США, и сейчас они находятся в авангарде движения. На данный момент их 650.8 ГВт (650,8 млрд ватт) ветроэнергетических технологий, установленных по всему миру. Почти 10% из них было установлено только за последний год.
Энергия ветра обеспечивает США чистой возобновляемой энергией. Как наземная, так и морская ветряная энергия помогают значительно сократить наш углеродный след, и хотя береговые ветряные электростанции в настоящее время считаются более дешевым вариантом, будущее, похоже, отдает предпочтение морским в связи с отсутствием ограничений по пространству и более стабильной выработкой энергии
При рассмотрении ветроэнергетики возникает один вопрос: что лучше, береговые или морские ветряные турбины? Есть много различных факторов, которые следует учитывать при обсуждении этих двух видов ветроэнергетики, и определение того, какой из них лучше в таких областях, как производительность и экономическая эффективность, имеет решающее значение для будущего ветряных установок. Береговые ветряные электростанции требуют установки турбин на суше, в то время как морские фермы требуют установки турбин над открытой морской водой, где ветер более постоянен.
Сходства между наземной и морской ветроэнергетикой
Хотя морские ветряные турбины во многих отношениях отличаются от своих наземных собратьев, обе работают по одному и тому же механическому принципу. Ветряные турбины состоят из лопастей ротора, вращающихся вокруг горизонтальной ступицы, содержащей редуктор и генератор. Когда ветер ударяет в лопасти турбины, заставляя их вращаться, кинетическая энергия передается в редуктор, расположенный внутри турбины. Отсюда редуктор служит для усиления кинетического вращения, в свою очередь приводя в действие генератор, который преобразует эту кинетическую энергию в электричество. Наконец, электроэнергия от турбины поступает в сеть.
Материалы, используемые при строительстве ветряных турбин, в основном одинаковы, независимо от того, установлены ли эти турбины на суше или в море. Теоретически, если бы береговые и морские турбины были одинакового размера и подвергались воздействию одинаковой скорости ветра, они могли бы генерировать одинаковое количество энергии.
Различия между наземной и морской ветроэнергетикой
Несмотря на общие материалы и принципы механики, между этими двумя режимами ветровой энергии есть некоторые существенные различия. Наиболее очевидная разница между наземными и морскими ветряными турбинами заключается в расположении ферм. Фактически, именно из-за огромных географических и геологических различий между сушей и морем существуют какие-либо различия между турбинами и их конструкцией.
Стоимость установки наземных ветряных электростанций значительно ниже, чем стоимость установки морских ферм, как и следовало ожидать. Морские ветряные электростанции требуют платформ, подводных кабелей, взаимосвязи и других факторов, таких как дополнительные средства безопасности, которые увеличивают затраты на установку. Кроме того, обслуживание оффшорных ферм должно осуществляться с помощью вертолетов и морских судов, что по своей природе дороже, чем использование наземных транспортных средств.
С другой стороны, ветроэнергетика на суше может быть немного менее предсказуемой и надежной, чем на море. Чтобы правильно установить береговые фермы и обеспечить выработку чистой энергии, необходимо сначала тщательно изучить местность и ветровые потоки, которым эта местность подвергается, а затем купить или арендовать землю (что само по себе может создавать проблемы). Конечно, сначала должна быть доступна земля, а с растущим мировым населением, требующим увеличения площади для жилья и сельского хозяйства, идеальные места для ветряных электростанций часто уже заняты.
По сравнению с наземными фермами, оффшорные фермы имеют менее проблемное несоответствие энергии ветра и доступности, обеспечивая, в свою очередь, более надежную и эффективную выработку электроэнергии.
Обзор берегового ветра
Стоимость
Энергия ветра на суше относительно недорогая. Благодаря существующей инфраструктуре (для передачи энергии), более низким затратам на техническое обслуживание и наличию монтажных материалов, они значительно дешевле в установке, чем морские фермы. Сегодня стоимость установки 1 МВтч наземной ветроэнергетики в США может составлять всего 20 долларов, что на 50 долларов за МВтч дешевле, чем в 2012 году. Предполагается, что эти затраты снизятся еще больше к 2030 году, когда количество ветряных электростанций в США, возможно, утроилось по сравнению с показателями 2018 года.
Пробел
Заметным недостатком берегового ветра является просто то, что для него требуется земля. Чтобы обеспечить непрерывный поток ветра для выработки электроэнергии, береговые ветряные турбины должны быть размещены на расстоянии не менее 150 м от любых препятствий, а расстояние между турбинами должно быть в семь раз больше диаметра ротора. В мире, где пространство в большом почете, это может вызвать серьезные проблемы для инвесторов в ветроэнергетику.
Все плюсы
Береговой ветер сегодня является одним из самых популярных секторов возобновляемой энергетики.
- Наземные ветроэлектростанции имеют более низкие затраты на установку, чем морские, и инвесторы видят возврат своих первоначальных инвестиций всего за два года.
- Выработанная энергия может быть легко подана в сеть через существующие инфраструктуры.
- Большая часть ветроэнергетических компаний специализируется на установке наземных ферм.
- Затраты на обслуживание относительно низкие.
Общие недостатки
С другой стороны, в секторе наземной ветроэнергетики все еще существуют некоторые недостатки.
- Наземные ветряные электростанции требуют более тщательного анализа ветрового потока и скорости, чем морские ветряные электростанции, что может означать более длительные сроки строительства.
- Место на земле, несомненно, более ограничено из-за стоимости аренды земли, ранее существовавших препятствий и потенциала для будущего расширения городов.
- Общественное сопротивление установке наземных ветряных электростанций может быть высоким, особенно когда строительство планируется вблизи жилых районов, из-за воспринимаемого уровня визуального и шумового загрязнения.
Обзор морской ветроэнергетики
Стоимость
Стоимость морской ветроустановки может быть на 20% выше, чем наземной. Во многом это связано с отсутствием существующей инфраструктуры передачи энергии в море, дополнительными материалами, необходимыми в целях безопасности, и другими техническими проблемами, включая техническое обслуживание оборудования в море. Тем не менее, по состоянию на 2019 год затраты на морскую ветроэнергетику упали на 32% по сравнению с 2018 годом, при этом затраты на МВтч оцениваются примерно в 78 долларов США. Прогнозируется, что к 2038 году оффшорная ветроэнергетика станет такой же доступной, как ископаемое топливо.
Пробел
Одним из основных преимуществ морских ветряных электростанций является то, что практически нет ограничений на пространство, в котором они могут быть установлены. При условии, что они установлены на расстоянии не менее 200 морских миль от суши и встроены в дно океана на глубине 50 футов, их можно установить практически в любом месте без каких-либо проблем. Более того, их подверженность ветру более постоянна и, как правило, сильнее, чем относительно ненадежные скорости ветра на суше.
Все плюсы
В то время как наземные ветряные электростанции более популярны в развивающейся строительной отрасли, использующей возобновляемые источники энергии, оффшорные ветряные электростанции по-прежнему имеют ряд значительных преимуществ по сравнению с наземными.
- Без ограничений по площади, морские ветряные электростанции требуют гораздо меньшего законодательного планирования и небольшого времени, затрачиваемого на определение скорости и воздействия ветра, поскольку ветер в открытом океане надежно постоянен и присутствует.
- Оффшорные ветряные электростанции могут генерировать гораздо большее количество электроэнергии благодаря их воздействию более быстрых и постоянных ветров.
- Жалобы на визуальное или шумовое загрязнение, связанные с морскими ветряными электростанциями, отсутствуют.
- Морские ветряные турбины могут быть в два-три раза больше, чем наземные, благодаря почти безграничному пространству и отсутствию общественной реакции. Большие турбины, как правило, означают большую экономическую эффективность строительства и в целом большее производство энергии.
Общие недостатки
Несмотря на то, что оффшорная ветроэнергетика имеет свои преимущества, есть, конечно, и недостатки.
- Затраты на передачу и установку энергии могут быть на 20% выше, чем затраты, связанные с наземным ветром.
- Есть данные, свидетельствующие о том, что оффшорные ветряные электростанции могут негативно воздействовать как на летающую, так и на подводную флору и фауну.
- Морские ветряные электростанции требуют технического обслуживания, которое сложнее и дороже, чем техническое обслуживание наземных электростанций.
- После потенциальной неисправности время восстановления энергии для морских ветряных электростанций, вероятно, больше, чем для береговых ветряных электростанций.
Вывод
В настоящее время береговая ветроэнергетика кажется более экономичным выбором, чем оффшорная, благодаря более низким затратам на техническое обслуживание, установку и материалы. По состоянию на 2020 год цена за МВтч составляет всего 20 долларов США для наземных ветряных электростанций, в то время как за такое же производство энергии на оффшорной ферме инвесторы могут ожидать платить почти в четыре раза больше. Тем не менее, прогнозы предполагают, что в течение следующих нескольких десятилетий цена оффшорной ветроэнергетики может упасть ниже цены ископаемого топлива.
Несмотря на тенденцию к наземной ветроэнергетике на современном рынке, существует несколько ограничивающих (потенциально серьезно ограничивающих) факторов, связанных с береговыми фермами. Во-первых, ветер на суше гораздо менее надежен, силен и постоянен, чем на море. Конечно, существует также проблема аренды помещений и земли, а также жалобы на шум и визуальное загрязнение от близлежащих населенных пунктов, что может создать проблему при планировании и развитии береговых ферм.
Поскольку население мира продолжает расти, а свободное пространство на суше уменьшается, может показаться, что как только затраты на установку морских ветряных электростанций снизятся, они обгонят наземные ветроэлектростанции как наиболее жизнеспособную, эффективную и рентабельную версию. производства ветровой энергии.
Часто задаваемые вопросы
Ветряные турбины шумят?
Несмотря на предполагаемую проблему шумового загрязнения от населенных пунктов, расположенных рядом с ветряными турбинами, шум, который они производят, редко распространяется достаточно далеко, чтобы стать проблемой для тех, кто живет поблизости. Другими словами, вам нужно оказаться на ветряной электростанции, прежде чем вы услышите, как работают турбины.
Насколько близко к берегу находятся морские ветряные турбины?
Морские ветряные электростанции должны быть построены на расстоянии не менее 200 морских миль от берега, так что довольно далеко!
Сколько домов может питать ветряная турбина?
Морские ветряные турбины, как правило, генерируют больше энергии, чем наземные турбины, но, вообще говоря, всего одна турбина может снабжать энергией около 460 домов в год.
Какой высоты ветряные турбины?
Опять же, размер турбин отличается от морских и наземных ферм, но обычно турбины имеют высоту от 60 до 120 метров.