Vismar Storbritannien / Shutterstock

Sedan 2010 har vindkraft haft en fortsatt tillväxt över hela världen, med den mängd energi som genereras av havsbaserad vind ökar med nästan 30% varje år. Länder runt om i världen måste snabbt öka tillförseln av förnybar energi för att möta den växande efterfrågan och snabbt minska utsläppen. Trots detta brådskande levererar offshore vind för närvarande mindre än 1% av världens elförsörjning.

Många av de främsta platserna för grunt vatten för att bygga vindkraftsparker utvecklas. Men potentialen för havsvind förblir fortfarande till stor del outnyttjad, enligt diagrammet över världen installerad kapacitet nedan.

Onshore vs offshore vindkapacitet

Nyckel: offshore vind = ljusgrå, och vind på land = mörkgrå. IRENA, författaren förutsatt

Anledningen till denna outnyttjade potential är det 80% av vinden blåser oavbrutet längre offshore - i vatten djupare än 60 meter, där turbiner inbäddade i havsbotten är svåra att konstruera.

Lösningen kan vara flytande offshore vindparker. Så vad håller dem tillbaka?

Flytande offshore vind

Alla stänger en handfull befintliga vindkraftverk till havs är fästa vid havsbotten med en fast grund - mestadels en stor stålrörshög som övergår till turbinmasten ovanför havsbotten. Dessa så kallade fastbundna turbiner är begränsade till vattendjup på 50 eller 60 meter.

Men nya projekt, inklusive Hywind utanför Skottlands kust och Vindflöde utanför Portugal, visa att det är möjligt att bygga flytande vindkraftverk. En enda sex megawatt-turbin - som de som används i Hywind-gården - kan generera tillräckligt med el för att driva 4,000 XNUMX brittiska hem.

Men för att tillhandahålla motsvarande hushållsel för en global befolkning på 9 miljarder av 2050 skulle kräva något som en halv miljon vindkraftverk till havs - en 100-faldig ökning av det nuvarande antalet - plus den extra kapaciteten att ge el till framtida energibehov.

Tyvärr, medan flytande vindkraftsparker är tekniskt genomförbara, är de inte ekonomiskt hållbara. Att göra något offshore är dyra. För att bygga en vindkraftspark med en gigawatt med fast botten ligger kostnaden för att genomföra den nödvändiga platsundersökningen i området 15 miljoner pund. Installation och driftsättning av gården skulle vara cirka 650 miljoner pund, medan de pågående kostnaderna för drift och underhåll skulle uppgå till cirka 75 miljoner pund per år. I slutet av sitt liv, som kan vara ungefär 25 år, finns ytterligare 300 miljoner pund nödvändiga för avveckling.

Ändå flytande vindkraftsparker, som fortfarande befinner sig i de tidiga dagarna med sin design och teknik, är ännu dyrare. Medan priset för leverans av vindkraft till havs under 2019 låg mellan £ 36 och £ 45 per MWh el, prissätts nuvarande auktioner för flytande vind över dubbelt så mycket.

Offshore-strukturer är också mycket stora. Hywinds sex megawatt-turbiner är 154 meter i diameter - varje blad har samma längd som ett A380 flygvingar. Siemens Gamesa 10 megawatt-turbin har en rotordiameter på 193 meter, medan US National Renewable Energy Laboratory, 15 megawatt, har en diameter på 240 meter. Att konstruera, installera, driva, övervaka, underhålla och avveckla infrastruktur i denna skala i havet är ingen trivial uppgift.

Två av de fem turbiner som används i världens första flytande vindkraftspark, Hywind Scotland. Terje Aase / Shutterstock

Medan energiföretag ofta bygger långt ute till havs producerar en enda flytande vindkraftverk mycket mindre energi än en enda offshore olje- eller gasrigg. Beroende på storleken på båda strukturerna kan den vara under 1,000 XNUMX gånger mindre. Så mycket mer infrastruktur behövs för samma energiutbyte från förnybara energikällor. Att lägga ut en vindturbin till havs och hålla den där måste bli mycket billigare för att matcha kostnaden för energiproduktion från olja eller gas till havs.

Mycket kan läras av traditionell offshore-teknik för att hjälpa till med övergången till förnybar energi. Men de nödvändiga kostnadsminskningarna kan inte uppnås genom att göra mer av samma sak eller skärpa effektiviteten hos befintliga metoder och tekniker.

Tekniska lösningar

Det är därför det troligtvis kommer att ta ny teknik för att göra flytande vindkraftsparker kostnadseffektiva. Användning av robotar och annan autonom teknik för att kontrollera offshore-teknikverksamhet - från att undersöka havsbotten till drift, inspektion och underhåll av en flytande vindkraftverk - kan minska risken för arbetarna och ge effektivare kontroll av dessa komplexa system.

Rutinmässiga inspektioner av vindkraftsparker till havs skulle vara opraktiska för den enorma utvecklingen som byggs idag, och säkert för de som planeras i framtiden. Smarta sensorer inbyggda i alla delar av en flytande vindkraftpark kan kontinuerligt utvärdera hur strukturen går i stället.

Maskininlärning - som använder data för att lära datorer att fatta beslut på egen hand - kan användas för att berätta det mest effektiva ankaret under designen, eller om en förtöjningslinje kan riskera att misslyckas under drift.

Redan kan maskininlärning använda väderdata för att kontrollera positionerna för turbinblad, för att maximera hur mycket energi de genererar eller förhindrar skador i höga vindar eller stormar. Nya metoder att kombinera fysik med maskininlärning kan göra pålitliga förutsägelser med mindre data, vilket är användbart offshore där data kan vara svårt att samla in.

När den brittiska regeringen börjar utredning till den typ av teknologiska innovationer som kan ta itu med klimatförändringarna är offshore vind den första anropshamnen. Med investeringar i framtidens teknologi kan flytande vindkraftsparker hjälpa till att ladda landets och världens förnybara energikapacitet.

Susan Gourvenec, Royal Academy of Engineering Chair in Emerging Technologies - Intelligent & Resilient Ocean Engineering, University of Southampton

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

Drawdown: Den mest omfattande planen som någonsin föreslagits för att omvända global uppvärmning

av Paul Hawken och Tom Steyer
Mot bakgrund av utbredd rädsla och apati har en internationell koalition av forskare, yrkesverksamma och forskare kommit ihop för att erbjuda en rad realistiska och djärva lösningar på klimatförändringen. Ett hundra tekniker och metoder beskrivs här-några är välkända; något du kanske aldrig har hört talas om. De sträcker sig från ren energi för att utbilda flickor i låginkomstländer till markanvändningspraxis som drar kol ut ur luften. Lösningarna finns, är ekonomiskt lönsamma och samhällen runt om i världen håller för närvarande på att anta dem med skicklighet och beslutsamhet. Finns på Amazon

Utformning av klimatlösningar: En policyhandbok för lågkol Energi

av Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Med effekterna av klimatförändringar redan på oss är behovet av att minska de globala utsläppen av växthusgaser inget mindre än brådskande. Det är en skrämmande utmaning, men teknologierna och strategierna för att möta den finns idag. En liten uppsättning energipolicyer, utformade och genomförda väl, kan sätta oss på vägen till en koldioxidsnål framtid. Energisystem är stora och komplexa, så energipolitiken måste vara fokuserad och kostnadseffektiv. One-size-fits-all-tillvägagångssätt gör helt enkelt inte jobbet gjort. Politiska beslutsfattare behöver en tydlig och omfattande resurs som beskriver energipolitiken som kommer att ha störst inverkan på vår klimatframtid och beskriver hur man utformar dessa policyer väl. Finns på Amazon

Detta förändrar allt: Kapitalism vs. Klimat

av Naomi Klein
In Detta förändrar allt Naomi Klein hävdar att klimatförändringen inte bara är en annan fråga som ska lämnas snyggt mellan skatter och hälsovård. Det är ett larm som kräver att vi fixar ett ekonomiskt system som redan misslyckas på många sätt. Klein bygger noggrant fallet för hur massivt att minska våra utsläpp av växthusgaser är vår bästa chans att samtidigt minska ojämlikheterna i olikheterna, återinföra våra brutna demokratier och bygga om våra slagna lokala ekonomier. Hon avslöjar den ideologiska desperationen av klimatförändringsförnekarna, de geoengineers messianiska vansinne och den tragiska defeatismen av alltför många vanliga gröna initiativ. Och hon visar exakt varför marknaden inte har och kan inte fixa klimatkrisen, men kommer istället att göra saker värre, med alltmer extrema och ekologiskt skadliga utvinningsmetoder, tillsammans med katastrofal katastrofkapitalism. Finns på Amazon

Från Utgivaren:
Inköp på Amazon går för att täcka kostnaden för att få dig InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, och ClimateImpactNews.com utan kostnad och utan annonsörer som spåra dina surfvanor. Även om du klickar på en länk men inte köper dessa valda produkter, betalar allt annat du köper i samma besök på Amazon oss en liten provision. Det finns ingen extra kostnad för dig, så var vänlig bidra till insatsen. Du kan också använd denna länk att använda till Amazon när som helst så att du kan hjälpa till att stödja våra ansträngningar.