كيف تعمل توربينات الرياح العائمة؟فازت 5 شركات للتو بأول عقود إيجار في الولايات المتحدة لبنائها قبالة ساحل كاليفورنيا

تتمتع ولاية كاليفورنيا الشمالية ببعض أقوى الرياح البحرية في الولايات المتحدة، مع إمكانات هائلة لإنتاج الطاقة النظيفة.ولكن لديها أيضا مشكلة.وينحدر جرفها القاري بسرعة، مما يجعل بناء توربينات الرياح التقليدية مباشرة على قاع البحر مكلفا إن لم يكن مستحيلا.

بمجرد وصول المياه إلى عمق أكثر من 200 قدم تقريبًا - تقريبًا ارتفاع مبنى مكون من 18 طابقًا - تصبح هذه الهياكل "أحادية القطب" غير واردة إلى حد كبير.

لقد ظهر حل يتم اختباره في عدة مواقع حول العالم:توربينات الرياح التي تطفو.

في كاليفورنيا حيث وقد وضع الجفاف الضغط على إمدادات الطاقة الكهرومائية، الدولة المضي قدما في الخطة لتطوير أول مزارع الرياح البحرية العائمة في البلاد.في ديسمبر.في 7 تشرين الأول (أكتوبر) 2022، باعت الحكومة الفيدرالية مزادًا لخمس مناطق للإيجار على بعد حوالي 20 ميلًا قبالة ساحل كاليفورنيا لشركات لديها خطط لتطوير مزارع الرياح العائمة.وكانت العطاءات أقل من الإيجارات الأخيرة قبالة ساحل المحيط الأطلسي, ، حيث يمكن تثبيت مزارع الرياح في قاع البحر، ولكنها لا تزال كبيرة، وتتجاوز معًا 757 مليون دولار أمريكي.

إذًا، كيف تعمل مزارع الرياح العائمة؟

ثلاث طرق رئيسية لتعويم التوربينات

توربينات الرياح العائمة تعمل تماما مثل توربينات الرياح الأخرى - تضغط الرياح على الشفرات، مما يتسبب في دوران الدوار، مما يؤدي إلى تشغيل مولد يولد الكهرباء.ولكن بدلاً من تثبيت برجها مباشرة في الأرض أو في قاع البحر، توضع توربينات الرياح العائمة على منصة ذات خطوط إرساء، مثل السلاسل أو الحبال، التي تتصل بالمراسي في قاع البحر أدناه.

تعمل خطوط الإرساء هذه على تثبيت التوربين في مكانه ضد الريح وإبقائه متصلاً بالكابل الذي يرسل الكهرباء إلى الشاطئ.

يتم توفير معظم الاستقرار من خلال المنصة العائمة نفسها.وتتمثل الحيلة في تصميم المنصة بحيث لا يميل التوربين كثيرًا في حالة الرياح القوية أو العواصف.

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من المنصات:

• منصة العوامة الصاري عبارة عن أسطوانة مجوفة طويلة تمتد إلى الأسفل من برج التوربين.يطفو عموديًا في المياه العميقة، ويتم وزنه بصابورة في قاع الأسطوانة لخفض مركز ثقله.ثم يتم تثبيته في مكانه، ولكن مع خطوط مرتخية تسمح له بالتحرك مع الماء لتجنب الضرر.كانت العوامات الصاري المستخدمة من قبل صناعة النفط والغاز لسنوات للعمليات البحرية.

• تحتوي المنصات شبه الغاطسة على أجسام عائمة كبيرة تنتشر من البرج، كما أنها مثبتة لمنع الانجراف.لقد كان المصممون تجربة توربينات متعددة على بعض هذه الهياكل.

• تحتوي منصات أرجل الشد على منصات أصغر مع خطوط مشدودة تمتد مباشرة إلى الأرض بالأسفل.هذه هي أخف وزنا ولكن أكثر عرضة للخطر للزلازل أو تسونامي لأنها تعتمد أكثر على خطوط الإرساء والمراسي لتحقيق الاستقرار.

يجب أن تدعم كل منصة وزن التوربين وأن تظل مستقرة أثناء تشغيل التوربين.يمكن أن تفعل ذلك جزئيًا لأن المنصة المجوفة، والتي غالبًا ما تكون مصنوعة من هياكل فولاذية أو خرسانية كبيرة، توفر القدرة على الطفو لدعم التوربين.نظرًا لأنه يمكن تجميع بعضها بالكامل في المنفذ وسحبها للخارج للتثبيت، فقد تكون كذلك أرخص بكثير من الهياكل ذات القاع الثابت، والتي تتطلب السفن المتخصصة للتثبيت في الموقع.

يمكن للمنصات العائمة أن تدعم توربينات الرياح التي يمكنها إنتاج 10 ميجاوات أو أكثر من الطاقة مماثلة في الحجم لتوربينات الرياح البحرية الأخرى وهي أكبر بعدة مرات من قدرة توربينات الرياح البرية النموذجية التي قد تراها في الحقل.

لماذا نحتاج إلى توربينات عائمة؟

بعض من أقوى موارد الرياح بعيدة عن الشاطئ في المواقع التي يبلغ عمق المياه فيها مئات الأقدام، مثل قبالة الولايات المتحدة.الساحل الغربي والبحيرات الكبرى والبحر الأبيض المتوسط ​​وسواحل اليابان.

الولايات المتحدةمناطق الإيجار التي تم بيعها بالمزاد العلني في أوائل ديسمبر تغطي حوالي 583 ميلا مربعا في منطقتين – واحدة قبالة خليج مورو بوسط كاليفورنيا والأخرى بالقرب من خط ولاية أوريغون.تتعمق المياه قبالة كاليفورنيا بسرعة، لذا فإن أي مزرعة رياح تبعد بضعة أميال عن الشاطئ سوف تتطلب توربينات عائمة.

وبمجرد بناء مزارع الرياح في تلك المناطق الخمس، يمكن أن توفر حوالي 4.6 جيجاوات من الكهرباء النظيفة. تكفي لتزويد 1.5 مليون منزل بالطاقة, ، بحسب تقديرات الحكومة.اقترحت الشركات الفائزة أنها تستطيع ذلك إنتاج المزيد من القوة.

لكن وضع توربينات الرياح الفعلية على الماء سيستغرق وقتا.سيخضع الفائزون في مزاد الإيجار لمراجعة وزارة العدل لمكافحة الاحتكار، ثم عملية طويلة للتخطيط والتصاريح والمراجعة البيئية التي تستغرق عادةً عدة سنوات.

وعلى الصعيد العالمي، هناك العديد من المشاريع التجريبية واسعة النطاق لتوربينات الرياح العائمة تعمل بالفعل في أوروبا وآسيا.ال مشروع هيويند اسكتلندا أصبحت أول مزرعة رياح عائمة بحرية على نطاق تجاري في عام 2017، مع خمسة توربينات بقدرة 6 ميجاوات مدعومة بعوامات صارية صممتها شركة شركة الطاقة النرويجية إكوينور.

إكوينور رياح الولايات المتحدة كان لديه أحد العروض الفائزة قبالة وسط كاليفورنيا.كان العارض الفائز الآخر هو شركة RWE القابضة لطاقة الرياح البحرية.تدير RWE مزارع الرياح في أوروبا ولديها ثلاثة مشاريع توضيحية لتوربينات الرياح العائمة.الشركات الأخرى المشاركة – شركاء البنية التحتية في كوبنهاجن, ، إنفينيرجي و رياح المحيط - لديك عقود إيجار على ساحل المحيط الأطلسي أو مزارع الرياح البحرية الحالية.

في حين أن مزارع الرياح البحرية العائمة أصبحت تكنولوجيا تجارية، لا تزال هناك تحديات تقنية تحتاج إلى حل.قد تسبب حركة المنصة قوى أعلى على الشفرات والبرج، وديناميكا هوائية أكثر تعقيدًا وغير مستقرة.وأيضًا، عندما تصبح أعماق المياه عميقة جدًا، قد تصبح تكلفة خطوط الإرساء والمراسي والكابلات الكهربائية مرتفعة للغاية، لذلك ستكون هناك حاجة إلى تقنيات أرخص ولكن موثوقة.

ولكن يمكننا أن نتوقع رؤية المزيد من التوربينات البحرية المدعومة بالهياكل العائمة في المستقبل القريب.

تم تحديث هذه المقالة مع بيع الإيجار الأول.