Farma wiatrowa na morzu: technologia i rozwój sektora offshore

Kluczowe elementy techniczne farmy wiatrowej na morzu

Kluczowe elementy techniczne farmy wiatrowej na morzu tworzą łańcuch, który zaczyna się dziesiątki metrów pod wodą, a kończy w gniazdku elektrycznym w naszych domach. Sercem całego systemu są oczywiście morskie turbiny wiatrowe, które w ostatnich latach osiągnęły niewyobrażalne rozmiary – ich moc jednostkowa często przekracza 10-15 MW, a średnica wirnika sięga 200 metrów i więcej. Ta technologia turbin wiatrowych ewoluuje w kierunku większej wydajności i odporności na słoną wodę oraz wiatr. Każda taka turbina musi stać na solidnym fundamencie. Wybór typu fundamentów farmy wiatrowej zależy głównie od głębokości morza: na płytkich wodach stosuje się monopale (ogromne stalowe rury wbijane w dno), na większych głębokościach – kratownicowe konstrukcje jacket lub pływające fundamenty, które są przyszłością dla głębszych akwenów. To właśnie budowa farm wiatrowych Bałtyk, gdzie głębokości są względnie niewielkie, opiera się głównie na technologii monopali. Sam obszar morskiej farmy wiatrowej jest poprzecinany siecią kabli. Kable wewnętrzne łączą turbiny w stringi (jak sznury pereł), które zbiegają się do morskiej stacji elektroenergetycznej (tzw. offshore substation). To morski „serwerownia”, która transformuje napięcie i kieruje energię dalej. Stamtąd, za pomocą eksportowego kabla podmorskiego, energia płynie na ląd, do stacji przesyłowej, a finalnie trafia do polskiego systemu elektroenergetycznego. Zarządzanie tym całym, rozproszonym systemem odbywa się zdalnie z centrum kontroli na lądzie, które monitoruje wydajność morskich farm wiatrowych, planuje przeglądy i reaguje na awarie. Każdy z tych elementów morskiej farmy wiatrowej – od fundamentu po łopatkę – musi być zaprojektowany z myślą o żywiole, minimalizacji awaryjności i maksymalizacji czasu pracy.

Warunki środowiskowe i efektywność farm offshore

Warunki środowiskowe i efektywność farm offshore to nierozerwalny duet. Decyzja o budowie na morzu nie jest przypadkowa – to strategiczny wybór podyktowany ogromnym potencjałem, ale też świadomością poważnych wyzwań. Oto, jak te czynniki się ze sobą splatają:

• Główna przewaga: doskonałe warunki wiatrowe. Podstawową zaletą jest dostęp do silniejszych, stabilniejszych i mniej turbulentnych wiatrów niż na lądzie. To bezpośrednio przekłada się na wyższą produkcję energii i dużo dłuższy roczny czas efektywnej pracy turbin. Wskaźnik wykorzystania mocy (tzw. capacity factor) dla morskich farm wiatrowych regularnie osiąga 40-60%, podczas gdy dla lądowych często jest to 20-30%. W praktyce oznacza to, że ta sama moc farmy wiatrowej zainstalowana na morzu wyprodukuje finalnie znacznie więcej energii elektrycznej.
• Wyzwania środowiskowe: siła żywiołu. Ta wydajność ma swoją cenę. Warunki środowiskowe na morzu są ekstremalnie wymagające. Konstrukcje muszą przez dekady wytrzymywać nie tylko silne wiatry, ale też agresywną, słoną wodę (korozja!), nieustanne uderzenia fal, dryfujący lód i okresowe sztormy o ogromnej sile. Każdy elementy morskiej farmy wiatrowej musi być zaprojektowany z myślą o tym obciążeniu.
• Kluczowy proces: wieloletnie badanie lokalizacji. Ze względu na te wyzwania i konieczność koegzystencji z przyrodą, lokalizacja morskiej farmy wiatrowej jest poprzedzona latami szczegółowych badań. Mapuje się nie tylko profile wiatru i dno morskie pod kątem fundamentów farmy wiatrowej, ale także szlaki migracji ptaków, siedliska ryb, występowanie ssaków morskich oraz istniejące trasy żeglugowe. To podstawa odpowiedzialnego projektu morskiej energetyki wiatrowej.
• Optymalizacja i wpływ na ekosystem. Nawet na najlepszym obszarze efektywność zależy od detali. Turbiny muszą być rozmieszczone w optymalnych odległościach, aby nie „kraść” sobie nawzajem wiatru (tzw. efekt cienia aerodynamicznego). Co ważne, współczesne projekty morskich farm wiatrowych starannie analizują i minimalizują swój wpływ. Ciekawym pozytywnym efektem jest to, że fundamenty często z czasem stają się sztucznymi rafami, przyciągając życie morskie i zwiększając bioróżnorodność.
• Kierunek przyszłości: integracja i rozwój. Przyszłe farmy wiatrowe będą projektowane z jeszcze większą dbałością o ekosystem. Ich rozwój na Bałtyku, np. w ramach zaawansowanych projektów Baltica 2 czy Baltica 3 (realizowanych przez Polenergia), jest filarem transformacji energetycznej Polski, zgodnie z Polityką Energetyczną Polski do 2040 roku. Pokazuje to, że morska energetyka wiatrowa to nie tylko technologia, ale też długoterminowa strategia zgodnego z naturą wytwarzania energii.

To połączenie wielkiego potencjału z szacunkiem dla sił natury definiuje nowoczesne farmy offshore. Ich efektywność bierze się nie z walki z żywiołem, ale z jego inteligentnego i odpowiedzialnego wykorzystania.

Proces budowy morskiej farmy wiatrowej

Proces budowy morskiej farmy wiatrowej to logistyczny majstersztyk, przypominający wieloletnią, doskonale zaplanowaną operację wojskową. Nie zaczyna się on na morzu. Projekt budowy morskiej farmy ma kluczowe znaczenie i trwa lata, obejmując uzyskanie pozwoleń, szczegółowe projekty inżynieryjne oraz zamówienia na gigantyczne komponenty. Realizacja projektów MFW wymaga wyspecjalizowanej floty: statków do układania kabli, barki z ogromnymi dźwigami, a przede wszystkim jednych z największych pływających maszyn na świecie – jednostek typu Wind Turbine Installation Vessel (WTIV), które są mobilnymi fabrykami montażu turbin.

Sam morski plac budowy to zorganizowana przestrzeń. Pierwszym etapem jest zwykle wbijanie lub wkręcanie fundamentów farmy wiatrowej. To precyzyjna i często głośna operacja, dlatego stosuje się metody ograniczające wpływ na życie morskie (np. bańki powietrzne tworzące kurtynę dźwiękoszczelną). Gdy fundamenty stoją, rozpoczyna się instalacja turbin wiatrowych. WTIV podpływa do fundamentu, ustawia wieżę (często w kilku segmentach), następnie montuje gondolę z generatorem, a na końcu, za pomocą specjalnego chwytaka, podnosi i mocuje gigantyczne łopaty. Równolegle inne jednostki układają na dnie kable wewnętrzne łączące turbiny oraz kabel eksportowy na ląd. Budowa morskiej stacji elektroenergetycznej również często odbywa się na lądzie (jako tzw. topside), a gotowa konstrukcja jest transportowana całościowo i osadzana na fundamencie.

Cały ten proces jest niezwykle wrażliwy na pogodę – silny wiatr czy wysoka fala wstrzymują prace na wiele dni. Po zakończeniu budowy farmy wiatrowej następuje fala testów i rozruchu, zanim farma osiągnie pełną moc operacyjną i rozpocznie eksploatację morskich farm wiatrowych, która ma trwać co najmniej 25-30 lat. Zdobywane w Polsce doświadczenie w energetyce wiatrowej offshore, także przez krajowe firmy z sektora, jest niezbędne dla dalszego rozwoju morskiej energetyki wiatrowej i zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego.

https://www.portalmorski.pl/offshore/53782-krok-po-kroku-jak-przebiega-budowa-morskiej-farmy-wiatrowej

https://www.gov.pl/web/morska-energetyka-wiatrowa/program-rozwoju-morskich-farm-wiatrowych

https://instsani.pl/technik-urzadzen-i-systemow-energetyki-odnawialnej/vademecum-energetyki-odnawialnej/energia-wiatru/montaz-elektrowni-wiatrowych-morskich/mozliwosci-budowy-farm-offshore-w-polskiej-strefie-brzegowej/