أكبر ، أكثر جرأة ، أثقل

Seajacks's Scylla (الصورة: Seajacks)

ينمو سوق الرياح البحرية في أوروبا بشكل أسرع من المتوقع - وليس أقله من حيث المكونات التي يتم تثبيتها. هل يمكن أن يعني هذا تحديا لأسطول التثبيت الحالي؟

بينما ينظر الكثيرون إلى الرياح البحرية باعتبارها سوقًا نضجًا في أوروبا ، حيث يتم التخطيط لأول مشاريع بحرية خارجية مجانية ، إلا أنها لا تخلو من التحديات.

يوجد في أوروبا أكثر من 18 جيجاوات (GW) من طاقة الرياح البحرية المثبتة. في العام الماضي ، تمت إضافة 2.4 جيجا وات ومن المتوقع أن يكون المبلغ الذي سيتم إضافته سنويًا على مدار السنوات العشر القادمة ، وفقًا للاستشارات والمحللين وود ماكنزي.

تعد المملكة المتحدة وألمانيا وهولندا أكبر الأسواق ، مع دخول فرنسا الآن أيضًا ، مع خطط لبدء تغذية الطاقة في الشبكة في 2020/2021 ، وتتطلع بلجيكا وبولندا إلى إمكاناتهما.

كان التركيز الكبير هو خفض التكاليف ، وهو ما حدث - أسرع من أي توقع ، وخاصة في السنوات 2-3 الماضية. في الواقع ، تم تقديم أول عروض دعم صفري لمناطق الرياح البحرية في عام 2017 ، عندما قدمت شركة EnBW الألمانية و Ørsted في الدنمارك عروضا لمشاريع ألمانية.

يقول شاشي بارلا ، كبير المحللين في شركة وود ماكنزي ، حيث كشف مصنعو التوربينات النقاب عن أنظمة جديدة أكبر بشكل أسرع: "يعزى جزء كبير من [تخفيض التكاليف] إلى دورة تصميم أسرع في تطور التوربينات". "من 12 إلى 14 ميغاواط (MW) التوربينات يمكن أن تكون متاحة في الإطار الزمني لتلك المشاريع. يمكن أن يكون ذلك فعالاً من حيث التكلفة ويوفر الطاقة بدون دعم. "لكن دورة التصميم الأسرع تعني أن الصناعة الأوسع يجب أن تواجه دورة إمدادات أقصر ، كما يقول.

لم يمض وقت طويل - 2011/2012 - كان مالكو السفن يقومون ببناء أصول لصناعة تبني توربينات بقوة 6 ميجاوات. هذا العام ، سيتم تثبيت توربينات 9.5 ميجا واط ذات دوران يبلغ قطره 164 مترًا في مزرعة Northwester 2 للرياح البحرية في بلجيكا. كما ستقوم شركة Siemens Gamesa بعمل نماذج أولية لتوربين 10 ميجا واط SG 10.0-193 DD ، بقطر 193 متر ، في مركز الاختبارات الوطني الدنماركي لتوربينات الرياح الكبيرة في Oesterild ، الدنمارك. تتوقع الشركة أن يكون التوربين تجاريًا بحلول عام 2022. وفي الوقت نفسه ، تعمل GE على Haliade-X ، وهو جهاز بقوة 12 ميجاوات. يقول بارلا: "قد لا يمر وقت طويل حتى يتم تطوير 14 ميجاوات".

انطباع الفنان عن توربينات الرياح البحرية سيمنز جيمسا 10 ميجا واط (الصورة: سيمنز جيمسا)

وفي الوقت نفسه ، وفقًا لغرفة الشحن البريطانية ، تم تركيب التوربينات البحرية في عام 2017 بمتوسط عمق يبلغ 27.5 مترًا وتقع على بعد 41 كم من الشاطئ في المتوسط. في العام الماضي ، كانت الأرقام تنتقل أكثر من 100-150 كيلومترًا قبالة الشاطئ ، حيث يتم تثبيت التوربينات الثابتة في عمق 40-50 مترًا.

هذا يضع ضغطًا على مقاولي التركيب ، وهناك أسئلة حول ما إذا كانت هناك سعة في السوق. يقول بارلا: "إذا لم تقم الشركات باستثمارات اليوم في هذه السفن وغيرها من معدات المصنع ، فقد يكون هناك عنق زجاجة في التعامل مع هذه التوربينات والشفرات الكبيرة". "نحن نتحدث بالفعل شفرات طولها 100 متر بالإضافة إلى مكونات ثقيلة. بعض مكونات الكاسيل تتحدث 800 طن متري. تحتاج حقًا إلى آلات كبيرة ، رافعات أكبر للتعامل مع هذه ".

يقول Arnstein Eknes ، مدير قطاع سفن الخدمات البحرية في مجتمع التصنيف DNV GL ، إن هناك بعدين رئيسيين عند تثبيت التوربينات الكبيرة ؛ شفرات أطول وكرات أثقل. "اليوم ، نحن نتحدث عن ريش ربما بطول 100-105 متر. تعتبر الكريات الأثقل مكونًا وتحتاج إلى رفع 130-140 مترًا في الهواء ، لذلك تعد مسافة الرافعة مشكلة. نرى أن سفن تركيب مزرعة الرياح التي بُنيت في البداية ، فهي صغيرة جدًا اليوم دون إعادة تجهيز الرافعات الجديدة. حتى تلك التي تم بناؤها منذ 6-7 سنوات صغيرة جدًا وتقوم بإعادة تجهيز الرافعات الكبيرة ، وهي ليست مهمة سهلة. ربما تم تصميم الرافعات من 300 إلى 400 طن متري وتحتاج الآن إلى 700 و 800 و 900 ، وربما حتى 1000 طن متري. إنه يتعلق بالوزن والارتفاع ".

لكن هذه ليست هي القضايا الوحيدة ، كما يقول. هذه السفن في الغالب يجب أن تكون جاهزة لإجراء عمليات التثبيت "بعد ذلك ، نحتاج إلى إعادة حساب قوة نظام الرفع الكامل للرافعة من أجل رفع هذه المكونات. لذا ، فليس من السهل في الحقيقة إدخال تعديلات على الرافعة ، ومن المحزن أن يعرف ملاك سفن تركيب توربينات الرياح (WTIV) كيفية الاستعداد لما سيفعله العميل النهائي ، "- أي كيف ستذهب التوربينات الضخمة.

في الواقع ، كان بعض المطورين يسعون بالفعل للحصول على موافقة لاستخدام توربينات 20 ميجا وات في التطورات في بحر الشمال ، والتي يمكن أن ترى أقطار الدوار تمتد إلى 280 متر. يقول إكنيس: "هذا يضاعف من وزن وسعة أكبر توربينات الرياح الحالية".

في حين أن هذا قد يمارس المزيد من الضغوط على سوق WTIV ، إلا أنه قد يؤدي أيضًا إلى تقليل عدد التوربينات ؛ مع توربينات 20 ميجاوات بدلاً من وحدات 10 ميجاوات ، يجب تثبيت نصف عدد التوربينات لإنشاء مزرعة بنفس الحجم. يقول أيكنيس ، ولكن هذا قد يعني أيضًا تعقيدًا إضافيًا ، مما قد يعني وجود حد عملي لحجم التوربينات التي تأتي قبل الحد الفني. هذا يمثل قرار استثماري صعب للغاية لمشغلي WTIV.

البعض يستثمر
بعد أربع سنوات فقط من دخول سوق تركيب الرياح البحرية ، بدأت الشركة البلجيكية Jan de Nul في إطلاق شركة Voltaire بطلب من شركة COSCO Shipping Heavy Industry في الصين. سيكون للمبنى الجديد ، الذي من المقرر تسليمه في عام 2022 ، قدرة رفع تصل إلى 3000 طن متري ، باستخدام رافعة Huisman محاطة بالأرجل وقدرة رفع ، تصل إلى 270 مترًا في عمق مائي يصل إلى 80 مترًا. يقول مدير Offshore Renewables في Jan de Nul ، بيتر دي بوتر: "ستكون Voltaire قادرة على التثبيت على ارتفاعات مركزية لا تضاهى تصل إلى 165 مترًا مع الطفرة القياسية". "سيسمح ذلك بتركيب التوربينات من الجيل التالي ، مع أطراف نصل قد تصل إلى 270 مترًا فوق مستوى سطح البحر."

تأتي شركة Voltaire على رأس سفن تركيب جاك يان دي في الخارج ، Vole au vent ، التي تم شراؤها قبل أربع سنوات فقط ، و Taillevent ، التي يمكنها تثبيت توربينات تصل إلى 10 ميجاوات ، حسبما تقول الشركة. يقول جان دي نول: "يمكنهم رفع جميع المكونات إلى أقصى ارتفاع محوري فعلي يبلغ 120 متر".

"سيصبح الجيل التالي من التوربينات 10 ميجا واط + تحديًا لجميع سفن التركيب المتوفرة حاليًا في السوق" ، De Pooter. "المؤسسات ستكون أثقل ؛ سوف شفرات تكون أطول. سيحد الحجم والوزن والارتفاع من كمية التوربينات التي يمكن نقلها في كل دورة [على متن أسطول التثبيت اليوم] إلى واحد أو اثنين كحد أقصى. إن السفينة ذات الخصائص التقنية المناسبة هي الإجابة على هذا التحدي ".

ترى De Pooter سوقًا أوسع لهذه السفينة. يقول: "بدأت الرياح البحرية خارج أوروبا والصين في التطور". "تعمل تايوان على إنشاء أول مزارع رياح كاملة النطاق لها ، وتعد مجموعة Jan De Nul Group واحدة من المقاولين الرئيسيين لعقدي الهندسة والمشتريات والبناء (EPC) الأولين: مزرعة الرياح Formosa 1 120 ميجاوات في عام 2019 ومزرعة Changhua للرياح البالغة 110 ميجاوات في عام 2020. كلا مزارعي الرياح قيد الإنشاء حاليًا. "

فولتير (المصدر: جان دي نول)

تعمل Seajacks التي تتخذ من المملكة المتحدة مقراً لها في أعمال الرياح البحرية منذ عام 2006. ومنذ ذلك الحين ، قامت ببناء سيارات Kraken ، و Leviathan ، و Hydra ، و Zaratan ، ومؤخراً ، شركة Scylla. Seajacks تتوقع أن ترى التوربينات الجيل القادم ، على سبيل المثال. 12 ميجا واط ، في العدد من 2023-25 ، وهو في نقاش مع المطورين حول تثبيت 12 أو 15 ميجا واط مع Scylla ، التي دخلت الخدمة في عام 2016 ولها رافعة محاطة بالأرجل بوزن 1500 طن ويمكن أن تعمل في ما يصل إلى 65 متر عمق الماء.

"نعتقد أنه لا يزال هناك عدد كبير من السفن في السوق التي يمكنها تثبيت المنعطفات الكبيرة للرياح ، [حسب خصائص الموقع] ، عند وصولها إلى السوق. يقول ماكس باترسون ، المدير التجاري في Seajacks ، لتثبيت توربينات 10-15 ميجا واط ، ستحتاج إلى ترقية وتعديل العديد من الوحدات الحالية من أجل البقاء على صلة. "تتمثل القضايا الرئيسية للسفن الأصغر حجمًا في السوق في ارتفاعات الخطاف بالنسبة للكرات وحمل السطح المتغير ، لتحمل مكونات أثقل وأكبر ، ومساحة سطح السفينة. هذا يعني الرافعات الجديدة وملحقات الساق ، وما إلى ذلك ، ومن المحتمل أن يكون لهذه الترقيات الضرورية تأثير سلبي على مدى سرعة تثبيت هذه السفن. "

بعد قولي هذا ، يعتقد باترسون أيضًا أن الطلب والعرض يجب أن يكونا متوازنين بشكل جيد. "قد يصبح السوق ضيقًا في بعض السنوات ، في ذروة أشهر التثبيت خلال الصيف ، إذا تم التخطيط لمشاريع متعددة في نفس الوقت" ، كما يقول. وعلى العكس من ذلك ، فإن ضمان استخدام السفن أمر أساسي للمالكين ، ولهذا السبب تتوقع باترسون أن تحتاج سفن WTIV إلى العمل في جميع أنحاء العالم في مختلف الأسواق الجديدة ، مثل آسيا والولايات المتحدة.

يقول باترسون: "إن التوربينات الأكبر حجمًا ، على سبيل المثال 10-15 ميجا واط ، تعني أن عددًا أقل من التوربينات سيكون مطلوبًا للوصول إلى طاقة التوليد لمزرعة الرياح ، مما قد ينتج عنه استخدام أيام أقل لمالكي السفن". "إنه بالفعل تحدٍ يتمثل في إبقاء السفن مشغولة على مدار السنة".

ويضيف قائلاً: "لدينا بالفعل سلسلة إمداد WTIV تنافسية للغاية ، مع وجود الكثير من المعدات ذات التكلفة الفعالة في السوق. هل سيكون من المنطقي نقل أوزان التوربينات وأبعادها إلى مستوى تكون فيه سفينتان أو ثلاث سفن فقط مناسبة؟ لن يخبرنا إلا الوقت ، ولكن مع التركيز الشديد على خفض التكلفة ، لا سيما على التثبيت ، أنا متأكد من أن المطورين ومصنعي التوربينات سوف يدركون ديناميات العرض والطلب في سوق WTIV. "

بيتر فاي سويلاند ، رئيس قسم الهندسة في شركة Fred الدنماركية. يوافق Olsen Windcarrier على أنه للانتقال إلى توربينات 10 ميجا واط + ، سيتعين تعديل العديد من السفن القديمة في الأسطول لتلبية المتطلبات المتعلقة بارتفاع وسعة الرفع. "إن غالبية أسطول الرافعات في صناعة الرياح قادر على منشآت 8 ميجا واط ، مع استثناءات قليلة" ، كما يقول.

فريد. ويضيف أن أسطول Olsen Windcarrier مناسب حاليًا لتثبيت مجموعة مختارة من وحدات 10 ميجاوات. "تم ترقية Brave Tern و Bold Tern [jack-ups] بشكل كامل. وقد تعرض كلاهما إلى امتدادات طولها 14 مترًا لإدارة المواقع البحرية بمياه أعمق وعواصف نجاة أكبر ، مثل حوض بحر الشمال. علاوة على ذلك ، تمت ترقية أذرع الرافعات بإدخال ذراع يبلغ طوله 20 مترًا ، مما مكنهم من تثبيت التوربينات ذات ارتفاع المحور الأعلى. قام كل من Brave Tern و Bold Tern باستبدال رافعة السطح لتمكين رفع الأدوات والمعدات إلى القطعة الانتقالية ، من أجل عمليات تثبيت أسرع وأكثر كفاءة. بالإضافة إلى ذلك ، خضعت السفن للتعديلات تحت سطح السفينة وتعزيزها ، وكذلك تعديلات على ترتيب الخزان لتعزيز الاستقرار الاحتمالي للأضرار ؛ على حد سواء لتمكين نقل مكونات التوربينات أعلى وأثقل. "

الشجعان تيرن وبولد تيرن في ميناء إسبيرج (تصوير: فريد أولسن أولد ويندكارير)

المحتملة للاضطراب؟
يبحث آخرون عن منهجيات هندسية بديلة لتسهيل عملية التثبيت في الخارج. في سبتمبر الماضي ، قامت سفينة الرفع الثقيلة Aegir التابعة لشركة Heerema Marine Contractors ، والتي أطلقت كنوع من "سكين الجيش السويسري" لصناعة النفط خلال طفرة في عام 2013 ، بتركيب مفهوم جديد لتوربينات الرياح ، أطلق عليه مفهوم Diltt Offshore Wind Turbine (DOT) ، في ساعة واحدة فقط ، وذلك باستخدام أول مفهوم اتصال مشترك زلة في هذه الصناعة.

تم بالفعل تثبيت توربينات الرياح DOT على monopile متصلة بواسطة مفصل الانزلاق وتم التقاطها في مصعد واحد بواسطة Aegir من رصيف Sif Rotterdam ونقل إلى موقع التثبيت ، Eneco Princess Amalia Wind Park. هناك ، تم تثبيته بواسطة Aegir كسفينة عائمة باستخدام تحديد المواقع الديناميكي.

تم تصميم الاتصال المشترك للانزلاق في إطار مشروع Slip Joint Offshore Research (SJOR) ، الذي تم إطلاقه من خلال التعاون بين شركاء الأبحاث TU Delft و TNO و Van Oord و Sif ، وأصحاب المصلحة في المشروع Eneco و Heerema Marine Contractors في عام 2016. ويستند المفهوم على الاحتكاك ، حيث يضمن الوزن اتصال ثابت ومستقر. وهذا يعني أن التثبيت يتم ببساطة عن طريق تحريك التوربينات الهوائية فوق المونوبيل دون استخدام الجص أو البراغي ، مما يقلل من التكاليف والمواد والمعدات والموظفين والجدول الزمني ، كما يقول هيريما مارين كونتراكتورز.

وفي الوقت نفسه ، تقود شركة Esteyco الإسبانية اتحاد شركات ELICAN الذي صمم وقام بتركيب مفهوم برج تلسكوبي التركيب الذاتي Elisa النموذجي بقدرة 5 ميجاوات من شأنه أن يقلل الحاجة إلى سفن التركيب.

تم تثبيت نظام النموذج الأولي على عمق 30 مترًا في أغسطس من العام الماضي - باستخدام WiFi - قبالة ساحل Gran Canaria بإسبانيا ، وبدأ إنتاج الطاقة في مارس. إنه يشتمل على هيكل قائم بذاته قائم على الجاذبية (GBS) وبرج تلسكوبي للرفع الذاتي ، وكلاهما مصنوع من الخرسانة ، مع توربينات 5MW Siemens Gamesa في الأعلى. يمكن تجميع الهيكل بالكامل على الشاطئ ، بما في ذلك التوربينات ، ثم سحبه إلى موقع التثبيت ، حيث بعد الرافعات GBS إلى قاع البحر ، يتم رفع الرافعات التقليدية ذات الأحمال الثقيلة التي يتم إعادة استخدامها لرفع مستوى برج واحد تلو الآخر ، ورفع قسمين يزن إجمالي 960 طن متري في مواقعها النهائية. يتم دعم الرافعات القابلة للاسترداد التي ترفع كل مستوى بواسطة المستوى أدناه ، والذي يرشد أيضًا الأنبوب المرفوع أثناء ارتفاعه ، في إجراء التثبيت الذاتي الذي يكون فيه البرج نفسه هو الهيكل الداعم الوحيد المطلوب. يتم تنفيذ جميع الأعمال من منصة وصول واحدة ، يتم إزالتها بمجرد تثبيت التوربينات.

يدعي الكونسورتيوم - الذي يضم Esteyco و Siemens Gamesa و Ale Heavylift و Dewi GmbH و PLOCAN (النظام المحيطي لجزر الكناري) - أن هذه الطريقة يمكن أن تقلل من تكاليف التركيب بأكثر من 35٪ عند مقارنتها بالسترات أو أحاديات XXL في المياه العميقة (35 متر زائد). يقول شركاء المشروع أيضًا أن التصميم قابل للتطوير وسيكون "وسيلة متاحة بسهولة" لتثبيت توربينات جديدة بقوة 12 ميجاوات.

مفهوم ELICAN في Esteyo (تصوير: ALE)

مجال للتحسين
تم إنشاء أول مشروع للرياح البحرية في عام 1991 ، في Vindby ، الدنمارك (وهو الآن قيد التشغيل) ، وهناك الآن أكثر من 18GW من طاقة الرياح البحرية. يقول بارلا: "لكن ، لوضع هذا الأمر في المنظور الصحيح ، تبلغ طاقة الرياح البرية العالمية حوالي 600 جيجاواط". "لذلك ، من منظور الحجم ، لا يزال أمام البحار مجال أكبر للتحسين". كما يقول ، قد يكون هذا في السياسة ، والعمليات ، والتكنولوجيا ، ثم سلسلة التوريد.

من حيث التكنولوجيا ، هناك تحرك نحو استخدام ألياف الكربون في الشفرات. يقول بارلا: "من الناحية التاريخية ، كان المصنعون مترددين في الاستثمار في الحصول على مصادر ألياف الكربون لأنها مكلفة ، ومع وجود عدد قليل جدًا من الإمداد بها ، فإن التحكم في سلسلة التوريد يمكن أن يكون أمرًا صعبًا". "إذا نظرت إلى أكبر اللاعبين ، Siemens Gamesa ، فكل توربيناتها الخارجية كانت من الألياف الزجاجية. الآن ، أعلنوا عن 8MW DD167 ، تم تثبيت نموذج أولي قبل بضعة أشهر ، و 10 ميجا واط DD193 ، وكلاهما يتضمن ألياف الكربون. كان هناك تحول نموذجي في أكبر اللاعبين في الصناعة ".

"فيما يتعلق بالعمليات ، ما زلنا لم نصل بعد" ، يضيف. "إنك تتحدث عن صناعة السيارات ، بخطوط التجميع والكفاءة ، فهي متقدمة جدًا ، لكنها صناعة عمرها 120 عامًا. بدأت Offshore منذ سنوات عديدة ، لكن المشاريع التجارية الحقيقية بدأت فقط في السنوات السبع الماضية. لا يزال هناك منحنى تعليمي ضخم ، أوروبا والعالم ".

ولكن على الرغم من وجود مجال للتحسين ، إلا أن الدروس المستفادة بالفعل في أوروبا يمكن استنساخها الآن في الأسواق الأحدث - مثل الولايات المتحدة وآسيا - لمساعدتها على التوسع بشكل أسرع.