Инновационный якорь для ветряных турбин: эффективность и экономия

В условиях растущей конкуренции за освоение морской ветровой энергии, профессор гражданского строительства Техасского университета A&M предлагает революционное решение для надежного и экономичного крепления тысяч плавучих ветряных турбин на больших глубинах. Разработанная им инновационная система якорей Deeply Embedded Ring Anchor (DERA) обеспечивает более высокую эффективность по сравнению с традиционными якорями, созданными для нефтегазовой отрасли, которые оказались неоптимальными для масштабных проектов в области возобновляемой энергетики.

Исследования, начатые доктором Чарльзом Обени примерно в 2017 году, в том числе в сотрудничестве с партнерами из Массачусетского университета в Амхерсте, Университета Мэна и Калифорнийского университета в Дейвисе, показали, что глубокое заглубление является ключом к повышению эффективности. Последующее развитие концепции привело к коммерциализации проекта совместно с доктором Джунхо Ли, выпускником аспирантуры.

Обени отмечает, что, по прогнозам, к 2050 году мощность плавучих ветряных установок достигнет 270 000 мегаватт. Это потребует около 40 000 якорей для примерно 13 500 плавучих ветряных турбин, что составляет в среднем три якоря на турбину. Для сравнения, типичный нефтегазовый проект требует от 12 до 20 якорей. Такой масштаб проектов в области возобновляемой энергетики диктует необходимость нового подхода.

«Существующие якоря, разработанные в основном для нефтегазовых применений, не отличались особой экономичностью, и это не было приоритетом», — поясняет он. «Якоря для многомиллиардной системы добычи нефти составляют менее 1% стоимости. У нефтяных компаний мало стимулов искать способы сокращения расходов за счет эффективности. Однако для плавучих возобновляемых источников энергии система швартовки и якорения составляет 15-20% стоимости проекта».

Прочность якоря увеличивается с глубиной его заглубления в грунт. Достижение глубокого заглубления в морских условиях оказалось непростой задачей, однако недавние исследования продемонстрировали ее осуществимость с использованием новой системы последующего погружения, которая позволяет заглублять якорь глубоко под поверхностью морского дна с помощью существующего морского оборудования. Такое глубокое размещение позволяет сделать якорь значительно меньше и компактнее традиционных конструкций, что приводит к существенной экономии средств и сокращению логистических усилий.

Одним из основных преимуществ системы DERA является ее адаптивность к различным условиям морского дна. Якорь может быть установлен в мягком глинистом грунте с использованием вакуумных технологий или в песчаных и слоистых грунтах с применением вибрационных методов. Эта гибкость особенно ценна в регионах, таких как Тайвань и Южная Корея, где песчаные грунты подвержены геологическим рискам, включая разжижение грунта, вызванное землетрясениями, и эрозию от сильных течений. Поскольку DERA заглубляется глубоко под морским дном, он остается невосприимчивым к поверхностным геологическим опасностям, обеспечивая высокую несущую способность и исключительную надежность.

Компактный размер DERA решает логистические проблемы и обходит инфраструктурные ограничения, уменьшая потребность в судах обеспечения и позволяя осуществлять строительство на существующих объектах. «Идея заключается в создании небольшого, эффективного якоря, который решает множество проблем», — объясняет Обени. «Это позволяет использовать существующие производственные мощности, снижает нагрузку на портовую инфраструктуру и минимизирует потребность в специализированных морских судах».

DERA отвечает на потребность в инновациях в сфере возобновляемой энергетики. Обени и его команда разработали надежное и доступное решение для якорения, которое оптимизирует морские ветровые парки, повышает геофизическую эффективность и способствует более широкому внедрению устойчивой энергетики. Универсальность системы делает ее пригодной для других морских проектов, помимо ветровой энергетики.