Vaikka offshore-tuuliturbiinit ovat tulleet paljon myöhemmin, niiden perusrakenne on lähes identtinen onshore-tuuliturbiinien kanssa. Suunnittelussa on kuitenkin muutamia keskeisiä eroja, ja useimmat niistä alkavat alusta alkaen.

Ympäristötekijät, jotka on otettava huomioon merituulivoimaloiden suunnittelussa, tekevät tuotantotehokkuudesta avomerellä haastavaa. Tekniikka kuitenkin kehittyy, ja edullisen ja tehokkaan tuulivoiman kasvava kysyntä ajaa jo nyt innovaatioita eteenpäin.

Onshore Vs. Offshore Wind Turbine Design – Differences and Key Considerations

Foundations

Maalle rakennetuissa tuulivoimaloissa käytetään yleensä betoniperustuksia. Offshore-turbiinit saattavat vaatia enemmän luovuutta perustusten suhteen, riippuen rakennuspaikan syvyydestä.

Offshore-tuuliturbiinien suunnittelun suurin vaikeus ei ole varsinainen turbiini. Onshore-turbiinit voidaan suurelta osin kopioida offshore-käyttöön. Ongelma on se, että jotkin vakiosuunnitteluvaihtoehdot ovat liian kalliita käytettäväksi syvässä vedessä, erityisesti useiden tuulivoimaloiden kanssa. Monet sisävesisovelluksissa yleiset perustamisratkaisut eivät sovellu hyvin syvän veden sovelluksiin.

Meriturbiinien perustamistavat vaihtelevat. Jotkut rakennetaan merenalaisiin torneihin, toiset ovat kelluvia tai puoliksi upotettavia ja ankkuroituja. Kaikki riippuu ihanteellisesta sijainnista tuulen keräämiseksi.

Paljon offshore-turbiinien rakenteissa ja perustuksissa käytettyä teknologiaa on lainattu öljy- ja kaasuteollisuudesta. Perustusten ja puoliksi uppoavien alusten teknologia sekä ankkurit ja vakautta ylläpitävät standardikäytännöt ovat suoraan tämän teollisuudenalan pelikirjasta – joka on ylläpitänyt offshore-rakenteita vuosikymmeniä.

Perustusten suunnittelu on tällä hetkellä kuuma aihe offshore-tuulivoiman tuotannossa. Juuri nyt keskustellaan paljon siitä, miten näiden perustusten suunnittelua voitaisiin mullistaa, jotta offshore-markkinoiden potentiaalia voitaisiin hyödyntää tehokkaammin. Halvemmat rakenteet alentavat tuotetun energian kokonaiskustannuksia ja mahdollistavat hankkeet.

Veden syvyys & Etäisyys rannasta

Maalla sijaitsevan tuulivoimalan pystyttäminen on yleensä paljon yksinkertaisempaa kuin merellä sijaitsevan. Offshore-rakentamisessa on otettava huomioon veden syvyys vedenalaisten rakenteiden huomioon ottamiseksi ja etäisyys rannasta kaapeleiden asentamiseksi, jotta sähkö saadaan tuotua markkinoille.

Tuulienergian tuotannossa matalaksi vedeksi katsotaan kaikki, mikä on enintään 30 metrin syvyydessä – nämä ovat yleensä tavanomaisia tornirakenteita, jotka on istutettu merenpohjaan. Kun mennään yli 30 metrin, ollaan siirtymäalueella, jossa tornin merenalaiseen osaan käytetään ristikkorakennetta. Kuusikymmentä metriä ja syvempi katsotaan syvänteeksi, ja tuulivoimalat ovat täällä ankkuroituja puolittain vedenalaisia.

Turbiinin roottorikoko kasvaa sitä mukaa, mitä kauemmas rannikosta mennään.

Tornin koko & Pitch-aktuaattori

Kaikki merituulivoimalaitokset ovat pitch-ohjattuja, koska lapojen pitch-säädöllä saadaan enemmän tehoa torniakin kohden (tarttuvaa, eikö olekin?). Offshore-turbiinit ovat tyypillisesti suurempia, koska sen lisäksi, että ne soveltuvat hyvin jatkuville merituulille, offshore-perustus muodostaa paljon suuremman prosenttiosuuden turbiinin kokonaiskustannuksista (verrattuna maalla sijaitseviin), ja on tärkeää puristaa jokainen mahdollinen megawatti rakenteesta ennen seuraavan rakentamista.

Kallistuksensäätöjärjestelmän kustannukset eivät nouse olennaisesti maalla sijaitsevista sovelluksista offshore-sovelluksiin. Tehoporras saattaa muuttua suuremmaksi, mutta aivot ovat samat. Tästä syystä pitch-aktuaattorin osuus kustannuksista kasvaa turbiinin pienentyessä, mutta päinvastoin tapahtuu myös turbiinin kasvaessa suuremmaksi. Toisin sanoen huippuluokan pitch-aktuaattorin kustannukset ovat offshore-hankkeissa pisara pisarassa.

Tuuliresurssien luotettavuus

Offshore-tuulivoiman suurin hyöty on se, että se on luotettava ja tasainen. Jopa matalassa vedessä tuuli on yleensä luotettavampaa kuin maalla. Tasaiset pasaatituulet vaikuttavat osaltaan vahvoihin sähköntuotantolukuihin offshore-paikoissa.

Kaukomailla tuuli joutuu kilpailemaan myös:

• Kukkuloiden
• Puiden
• Miehen tekemien rakenteiden

Kuluminen ja kuluminen

Vakiintuneen tuulen takia offshore-tuulivoima merkitsee sitä, että tuulivoimala kuluu turbiiniin luultavasti enemmän. Käyttämällä vahvoja, hyvin valmistettuja komponentteja, joilla on pitkä käyttöikä, offshore-turbiinien ylläpito ei ole niin suuri ongelma.

Yksi ongelmalliseksi osaksi turbiinien poistoa offshore-alueella on väistämätön suolaveden aiheuttama korroosio. Turbiinin materiaalien on oltava merikelpoisia — jopa niiden korkeuden säätökomponenttien, jotka eivät ole suoraan alttiina säälle, on oltava erittäin korroosionkestäviä.

Kunnossapitotarpeet

Jokainen tuuliturbiini tulisi olla mahdollisimman huoltovapaa — minimaalinen seisokkiaika vastaa maksimaalista voittoa. Mutta vaivattomuuden tarve on suurin offshore-turbiineissa. Kun otetaan huomioon arvaamaton sää ja turbiinien saavuttamiseen liittyvät logistiset haasteet, huollon suorittaminen offshore-torneissa on vaikeaa ja paljon kalliimpaa kuin maissa.

Erinomaisen pitch control -ratkaisun käyttö on erityisen tärkeää offshore-sovelluksissa. Tämän päivän markkinoiden parhaat digitoidut toimilaitemallit ovat huoltovapaita: Pidä ne vain puhtaina lämmönpoistoa varten!

Bridging the Gap in Offshore Potential

Offshore- ja onshore-tuuliturbiinien sisäiset toiminnot ovat pitkälti samat. Erot tulevat sijainnissa, johon puiston siemenet istutetaan.

Kaksi kehitystä auttaa kuromaan umpeen kuilua tuulivoimayhtiöiden ja offshore-potentiaalin välillä. Ensimmäinen on syvänmeren perustusten jatkuva innovointi. Toinen on monipuolisten lapojen jakojärjestelmien käyttö, jotka ovat mukautettavissa suurempiin turbiiniin ja minimoivat riskialttiit huoltotoimenpiteet.