Nordsee One

Vlažilnik zraka za varno delovanje
vetrnih elektrarn na morju

Uvod
V preteklih letih se je pridobivanje obnovljive energije v vetrnih parkih na morju razvilo v enega najpomembnejših stebrov ekološke energijske mešanice in sodi med velike nosilce upanja za energijski preobrat. Da lahko na tisoče vetrnih radarjev, ki so nameščeni na Severnem morju in Baltiku, zanesljivo neprestano deluje, zračna vlažnost v njihovih prostorih za obratovanje ne sme preseči najvišje vrednosti.

Zato je potrebno skoraj stalno razvlaževanje zraka: izpadi in popravila vetrnih elektrarn na odprtem morju so izjemno dragi in lahko povzročijo visoke izgube dohodkov. Ta prispevek pojasnjuje problematiko in njeno rešitev po zgledu vetrnega parka na Severnem morju, ki je začel delovati konec leta 2017. Park obsega 54 vetrnih elektrarn,
njihov skupni učinek pa znaša več kot 330 MW.

Zaradi močnih in pogosto tudi stalnih vetrov, ki pihajo na odprtem morju, je vetrna energija na morju dobičkonosen posel. Dobri pogoji omogočajo, da so letne ure polne obremenitve vetrnih elektrarn na morju dvakrat višje kot pri primerljivih obratih na kopnem. Trenutno je na Severnem morju, na Baltiku in na Irskem morju nameščenih toliko objektov, da skupno proizvajajo okoli 20.000 MW električne energije. Dodatnih 35.000 MW je še v gradnji oziroma v fazi načrtovanja. Pri približno 3500 polnih obratovalnih urah na leto proizvede več tisoč vetrnic trenutno na leto električno energijo v obsegu 70 milijard kWh, leta 2025 pa naj bi ta številka v skladu z načrtom skupno znašala veliko več kot 220 milijard kWh. Med največjimi uporabniki zelene energije so Velika Britanija, Nemčija, Nizozemska, Belgija in Danska.






Tudi Nemčija stavi na vetrno energijo
V Nemčiji poteka izgradnja vetrnih elektrarn na morju s polno paro. Konec leta 2017 je bilo pred nemško obalo skoraj 1200 vetrnih elektrarn v 20 vetrnih parkih na morju, ki so v omrežju skupno proizvedle 5400 MW. Po podatkih zveznega združenja vetrne energije je vetrna energija v letu 2017 prispevala skoraj 105 milijard kWh oziroma približno 18 % k nemški proizvodnji energije (ki znaša 600 milijard kWh). S tem znaša električna moč iz vetrne energije približno enako kot fotovoltaika, biomasa in vodna energija skupaj.

Energija vetrnih turbin je leta 2017 prispevala okoli 20 milijard kWh iz morskih vetrnih elektrarn – kar je bilo 50 % več kot leta 2016. Tudi zvezna vlada stavi v prihodnjih letih veliko na vetrno energijo: do leta 2030 naj bi vetrna zmogljivost znašala 15.000 MW (pribl. 50 % na kopnem in na morju), ki bi nato proizvedla najmanj 200 milijard kWh električne energije. To ustreza približno tretjini celotne porabe električne energije v Nemčiji danes. Na podlagi nemškega zakona o virih obnovljive energije (zakon EEG) znaša trenutno začetno povračilo za vetrne objekte na morju približno 15,4 centov/kWh za prvih dvanajst let, nato pa 3,9 centov/kWh.






Nordsee One proizvede 1200 milijonov kWh energije na leto
Vetrni park Nordsee One se nahaja približno 35 km severno od otoka Juist v južnem delu Severnega morja. Skupno se razteza na površini 41 km2, globina vode znaša 26–29 m (glejte sliko 2). Srednja hitrost vetra znaša 10 m/s. Skoraj deset let zatem, ko je zvezni urad za pomorstvo in hidrografijo odobril postavitev vetrnega parka, se je konec leta 2015 začela gradnja vetrnega parka Nordsee One. Aprila 2016 so bili postavljeni temelji za 54 vetrnih elektrarn, poleti je bila postavljena transformatorska postaja, konec septembra 2017 pa je bilo nameščenih vseh 54 vetrnih elektrarn.

Nordee One je začel obratovati decembra 2017 in od takrat proizvaja zeleno energijo. Uporablja se vseh 54 vetrnih elektrarn s premerom rotorja 126 m, ki imajo nazivno moč 6,15 MW. Vetrnica se začne vrteti pri hitrosti vetra nad 3,5 m/s in doseže največjo storilnost pri pribl. 12 m/s. Skupna površina lopatic znaša 12.500 m², kar ustreza velikosti enega nogometnega igrišča in pol.

Skupna zmogljivost vseh 54 elektrarn znaša 332 MW. Upravljavci parka vetrnih elektrarn računajo, da bodo pri pribl. 3600 polnih obratovalnih urah na leto proizvedli pribl. 1200 milijonov kWh električne energije. Tovrsten tok ustreza letni porabi pribl. 400.000 gospodinjstev in prihrani en milijon ton CO2 na leto, ki bi ga sicer proizvedle elektrarne za proizvodnjo električnega toka. Park vetrnih elektrarn naj bi predvidoma obratoval najmanj 25 let.

Tok iz Severnega morja do kopnega
54 vetrnih elektrarn je povezanih s srednjenapetostnim kablom, ki preoblikujejo tok v visoko napetost 155 kV. Od tam dalje se tok prek dveh morskih kablov dovaja do sedem kilometrov oddaljene pretvorniške platforme na morju, ki deluje kot zbiralna postaja (32 m x 16 m x 18 m), kjer se tok usmeri v enosmerni tok. Nazadnje se tok prek dveh kablov 320 kV posreduje do točke za napajanje na kopnem, transformatorske postaje Dörpen West (glejte sliko 3).

Operativna zanesljivost kot najvišja zahteva
Vetrne elektrarne, ki so od kopnega pogosto oddaljene več kilometrov, morajo biti čim bolj operativno zanesljive. Zaradi nedelovanje elektrarn izgubi upravljavec veliko denarja,
saj so donosi vetrnih elektrarn zelo veliki. Pogosto lahko nujna popravila zaradi neugodnih vremenskih razmer trajajo več dni. Na razburkanem morju so servisne skupine zaradi večurne vožnje in težkih prehodov med ladjo in vetrno elektrarno izpostavljene velikim obremenitvam. Prevozi s helikopterji so sicer hitrejši, vendar dražji in zaradi megle in močnega vetra pogosto ne pridejo v poštev. Elektronski nadzor vetrne elektrarne na daljavo in redundantni sistemi so zato v teh primerih povsem običajni, prav tako pa tudi redni pregledi, vzdrževanja temeljev, lopatic in celotne elektronike, ki jih opravijo specializirana podjetja.

Podjetje Condair GmbH, Garching je za projekt Nordsee One dostavilo skupno 54 vlažilnikov zraka tipa DC 75 (glejte sliko 4). Za njihovo zaščito pred previsoko vlažnost in korozijo je treba zrak neprekinjeno sušiti na relativno vlažnost pribl. 50–60 %. Kondenzat, ki pri tem nastane, se nenehno samodejno odvaja. Pri projektu Nordsee One so vlažilnik zraka nameščeni v območju velikosti pribl. 135 m³ (premer 5,5 m; višina 5,7 m) (glejte sliko 5). Kompaktni vlažilniki zraka tipa DC 75 (mere 800 x 820 x 400 mm) delujejo s hladilnim krogotokom (hladilno sredstvo R410A) na podlagi sušenja kondenzata (nedoseganje rosišča zraka).

Če piha veter z močjo 800 m³/h, znaša največja zmogljivost sušenja 73 l na dan. Posebnost naprav, ki so bile dobavljene za projekt Nordsee One, je edinstvena, zelo kakovostna oprema za uporabo na morju z največjo zaščito proti agresivnemu in slanemu morskemu zraku. K temu sodijo na primer ohišje iz legiranega jekla, posebni robustni prenosniki toplote iz bakra/bakra ter posebno lakiranje za ventilatorje EC in izolirani vodi za hladilno sredstvo. Elektronika naprav, ki je navedena v IP66/67 (vključno z upravljanjem toka),
je shranjena v ločeni škatli z elektronskimi komponentami. Po potrebi se lahko vklopi odmrzovanje z vročim plinom, ki zagotavlja ekonomično delovanje
tudi pri nizkih temperaturah v prostoru.