توربین‌های بادی دریایی Offshore Wind Turbines به دلیل دسترسی به بادهای قوی‌تر و پایدارتر در دریا، نقش مهمی در تولید انرژی تجدیدپذیر ایفا می‌کنند. با این حال، نصب و نگهداری این توربین‌ها به دلیل محیط خشن دریایی، پیچیدگی‌های لجستیکی، و هزینه‌های بالا با چالش‌های متعددی همراه است. ابرار صنعتی به بررسی فناوری توربین‌های بادی دریایی، چالش‌های نصب و نگهداری، و راه‌حل‌های نوآورانه برای غلبه بر این مشکلات می‌پردازد.
بررسی توربین بادی دریایی
توربین بادی دریایی، که در آب‌های دریا، دریاچه‌ها، یا مناطق ساح مانند خلیج‌ها نصب می‌شوند، به دلیل سرعت بالاتر و پایداری باد در دریا، انرژی بیشتری نسبت به توربین‌های خشکی تولید می‌کنند. طبق گزارش شورای جهانی انرژی بادی (GWEC)، ظرفیت جهانی توربین‌های بادی دریایی در سال 2022 به 64.3 گیگاوات رسید و انتظار می‌رود تا سال 2032 به 447 گیگاوات افزایش یابد. با این حال، نصب و نگهداری این توربین‌ها به دلیل شرایط محیطی سخت، هزینه‌های بالا، و پیچیدگی‌های لجستیکی با چالش‌های قابل‌توجهی مواجه است.
فناوری توربین‌های بادی دریایی
توربین‌های بادی دریایی در دو نوع اصلی طراحی می‌شوند:
- توربین‌های پایه‌ثابت (Bottom-Fixed): این توربین‌ها در آب‌های کم‌عمق (عمق کمتر از 60 متر) با استفاده از پایه‌هایی مانند مونوپایل، جکت، یا پایه‌های گرانشی به بستر دریا متصل می‌شوند. این نوع در مناطقی مانند دریای شمال اروپا پرکاربرد است.
- توربین‌های شناور (Floating): برای آب‌های عمیق‌تر (بیش از 60 متر)، توربین‌های شناور با استفاده از سیستم‌های مهار (مانند Spar، Semi-Submersible، یا TLP) به بستر دریا متصل می‌شوند. این فناوری در پروژه‌هایی مانند Hywind Scotland آزمایش شده است.
توربین‌های دریایی معمولاً بزرگ‌تر از مدل‌های خشکی هستند، با ظرفیت متوسط 6.5 مگاوات در سال 2022 و در حال توسعه به سمت مدل‌های 15 مگاواتی مانند Vestas V236. این توربین‌ها از تیغه‌های بلندتر (تا 115 متر) و برج‌های مرتفع‌تر (تا 280 متر) برای بهره‌برداری از بادهای قوی‌تر استفاده می‌کنند.
چالش‌های نصب توربین بادی دریایی
نصب توربین بادی دریایی یک فرآیند پیچیده است که با چالش‌های فنی، لجستیکی، و زیست‌محیطی همراه است. برخی از چالش‌های کلیدی عبارت‌اند از:
1. پیچیدگی‌های لجستیکی و هزینه‌های بالای نصب
نصب توربین‌ها به کشتی‌های تخصصی نیاز دارد که هزینه ساخت هر یک بیش از 100 میلیون دلار است. با افزایش اندازه توربین‌ها، تعداد کشتی‌های قادر به حمل و نصب توربین‌های 14 مگاواتی و بالاتر تا سال 2024 محدود خواهد شد، که می‌تواند باعث تأخیر در پروژه‌ها شود.
پایه‌های مونوپایل یا جکت نیاز به آماده‌سازی دقیق بستر دریا، حفاری، و نصب با جرثقیل‌های سنگین دارند. پایه‌های گرانشی، که از بتن تقویت‌شده ساخته می‌شوند، نیاز به حجم زیادی مواد و حمل‌ونقل پیچیده دارند. نصب کابل‌های زیرsea با فناوری جریان متناوب ولتاژ بالا (HVAC) نیاز به ایستگاه‌های دریایی و زمینی دارد. آسیب به کابل‌ها به دلیل لنگر کشتی‌ها یا رانش‌های زیرsea یکی از چالش‌های اصلی است.
2. شرایط محیطی خشن
نصب توربین‌ها به پنجره‌های آب‌وهوایی مناسب (امواج کمتر از 2 متر و بادهای ملایم) نیاز دارد. طوفان‌ها و امواج بلند می‌توانند نصب را به تأخیر بیندازند، به‌ویژه در مناطقی مانند دریای چین که بستر دریا و شرایط جوی با اروپا متفاوت است. شرایط بستر دریا در مناطق مختلف (مانند خاک نرم در چین یا سنگ سخت در اروپا) نیاز به طراحی‌های سفارشی پایه‌ها دارد، که هزینه و پیچیدگی را افزایش می‌دهد.
3. تأثیرات زیست‌محیطی
نصب پایه‌ها و کابل‌ها می‌تواند به زیستگاه‌های ماهی‌ها، پرندگان دریایی، و پستانداران دریایی (مانند نهنگ‌ها) آسیب برساند، به‌ویژه در دوره‌های مهاجرت یا تولیدمثل. فرآیندهای حفاری و نصب باعث ایجاد سر و صدا می‌شوند که می‌تواند گونه‌های حساس را تحت تأثیر قرار دهد.
4. کمبود زیرساخت و نیروی کار
بنادر نیاز به امکانات ویژه برای ذخیره و مونتاژ قطعات بزرگ دارند. رزرو این امکانات باید از قبل انجام شود، که برنامه‌ریزی را پیچیده می‌کند. کمبود تکنسین‌های آموزش‌دیده برای نصب توربین‌ها، به‌ویژه در بازارهای جدید مانند ایالات متحده، یک چالش بزرگ است.
چالش‌های نگهداری توربین‌های بادی دریایی
نگهداری توربین‌های بادی دریایی به دلیل محیط خشن دریایی و دوری از ساحل، دو تا سه برابر گران‌تر از توربین‌های خشکی است و تا یک‌سوم هزینه کل انرژی تولیدی را تشکیل می‌دهد. چالش‌های اصلی نگهداری عبارت‌اند از:
1. دسترسی دشوار و هزینه‌های لجستیکی
دسترسی به توربین‌ها نیاز به کشتی‌های خدماتی یا هلیکوپتر دارد، که گران و وابسته به شرایط آب‌وهوایی است. برخلاف توربین‌های خشکی که با یک کامیون قابل‌دسترسی هستند، تکنسین‌های دریایی باید تجهیزات را با قایق حمل کنند و از لباس‌های ضدآب و جلیقه نجات استفاده کنند. توربین‌ها اغلب در فاصله 90 کیلومتری از ساحل (مانند Hornsea 2 در بریتانیا) قرار دارند، که زمان و هزینه دسترسی را افزایش می‌دهد.
2. آسیب‌های محیطی به اجزا
تیغه‌های توربین به دلیل قرار گرفتن در معرض بادهای شدید، رطوبت، و نمک دریا دچار فرسایش و کاهش کارایی می‌شوند. صاعقه‌زدگی نیز می‌تواند به تیغه‌ها آسیب برساند. رطوبت و آب‌نمک باعث خوردگی اجزای فلزی، به‌ویژه پایه‌ها و برج‌ها، می‌شود، که نیاز به بازرسی و تعمیرات منظم را افزایش می‌دهد. گیربکس، یاتاقان‌ها، و ژنراتورها به دلیل فشار مداوم و حرکت، دچار سایش می‌شوند. این قطعات نیاز به تعویض دوره‌ای دارند، که در محیط دریایی پیچیده است.
3. هزینه‌های بالای تعمیرات
خرابی‌های ناگهانی، مانند شکست تیغه یا گیربکس، می‌تواند باعث توقف طولانی‌مدت توربین و زیان‌های مالی قابل‌توجه شود. فرآیندهای ساخت تیغه‌ها و اجزا استاندارد نیستند، که تعمیرات را برای تکنسین‌ها دشوار می‌کند و نیاز به آموزش‌های تخصصی را افزایش می‌دهد.
4. ایمنی پرسنل
تکنسین‌ها با خطرات سقوط، شوک الکتریکی، و غرق شدن مواجه‌اند. شرایط جوی مانند بادهای شدید، مه، و دماهای پایین، ایمنی را به خطر می‌اندازند. تکنسین‌ها باید از کلاه ایمنی، دستکش، عینک ایمنی، جلیقه نجات، و لباس‌های مقاوم در برابر آب استفاده کنند، که هزینه‌ها و پیچیدگی را افزایش می‌دهد.
مزایا و راه‌حل‌های نوآورانه
با وجود چالش‌ها، توربین‌های بادی دریایی مزایای قابل‌توجهی دارند و نوآوری‌های اخیر به کاهش مشکلات کمک کرده‌اند:
مزایا
بادهای دریایی قوی‌تر و پایدارتر هستند و توربین‌های دریایی به دلیل نزدیکی به مراکز شهری، نیاز به خطوط انتقال طولانی را کاهش می‌دهند. توربین‌های دریایی دور از مناطق مسکونی قرار دارند و اعتراضات اجتماعی کمتری ایجاد می‌کنند. فناوری شناور امکان نصب توربین‌ها در آب‌های عمیق‌تر را فراهم کرده و بازارهای جدیدی را باز می‌کند.
نوآوری‌ها
ربات‌های تعمیر مانند BladeBUG و Rope Robotics می‌توانند تیغه‌ها را چهار برابر سریع‌تر و با نصف هزینه روش‌های دستی تعمیر کنند. هوش مصنوعی برای پیش‌بینی خرابی‌ها و بهینه‌سازی برنامه‌ریزی نگهداری استفاده می‌شود. پروژه ATOMS، با حمایت اتحادیه اروپا، یک پلتفرم فولادی برای نگهداری طراحی کرده که نیاز به کشتی‌های بزرگ را حذف می‌کند و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. سیستم‌های SCADA و لیدارهای WindCube داده‌های real-time از سرعت باد، ارتعاش، و دما جمع‌آوری می‌کنند تا خرابی‌ها را پیش‌بینی کنند. مواد جدید و پوشش‌های ضدخوردگی برای افزایش عمر تیغه‌ها و پایه‌ها توسعه یافته‌اند.
منبع: ابرار صنعتی
