Sinn Power to niemiecki startup, który od 2015 roku testuje u wybrzeży Grecji modułową platformę morską zdolną do generowania energii odnawialnej z fal, wiatru i źródeł słonecznych. W tym roku projekt prawdopodobnie wejdzie w fazę zastosowania komercyjnego. I chociaż konwersja WEC (offshore wave energy conversion) jest już znana i szeroko wdrażana, to rozwiązanie niemieckie otwiera nowe możliwości. Modułowa konstrukcja jest kluczowym elementem projektu. Platforma może dostarczać energię gospodarkom i społeczeństwom wyspiarskim, będącym poza globalną siecią powiązań energetycznych. Czy produkcja energii elektrycznej może być skutecznie wdrażana w południowej części Morza Bałtyckiego?
AUTORZY:
Ewa Jakusik, IMGW-PIB
Patryk Sapiega, IMGW-PIB
Rafał Stepnowski, IMGW-PIB
Według Organizacji Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa (FAO) całkowity światowy potencjał wytwórczy energii z falowania wynosi około 2 TWh rocznie; w Europie jest to około 300 GW. W wielu krajach powstają już pierwsze instalacje wykorzystujące te zasoby, w Polsce jak na razie nie uruchomiono podobnych inwestycji. Otwarte pozostają również pytania o potencjał i możliwości pozyskiwania energii z falowania w południowej części Morza Bałtyckiego. Naukowcy z Instytutu Meteorologi i Gospodarki Wodnej – Państwowego Instytutu Badawczego (MGW-PIB) jako jedni z pierwszych podjęli próby zmierzenia się z tym zagadnieniem.
Do analiz wykorzystano dane pomiarowe z urządzeń AWAC oraz WaveGuide zainstalowanych na platformie Petrobaltic, należącej do polskiego przedsiębiorstwa eksploatacji złóż ropy naftowej i gazu ziemnego – Lotos Petrobaltic S.A. Poza falowaniem sieć urządzeń monitoringowych mierzy również parametry meteorologiczne, m.in. prędkość i kierunek wiatru. Na podstawie danych z lat 2017-2018 możliwe było wyznaczenie trzech parametrów branych pod uwagę przy planowaniu lokalizacji modułów elektrowni falowych – rozkładu częstości i kierunków wiatru, prędkości wiatru oraz kierunku falowania.
Wyniki analiz oraz prognoz modelu WaveWatch III wskazują, że najbardziej optymalne byłoby usadowienie linii zespołu elektrowni falowych pod kątem 45° w odniesieniu do południków 54-56°. Położenie modułów elektrowni w kierunku SW umożliwi przetwarzanie dużej ilości wysokich fal zapewniających maksymalną produkcję energii.
Potencjał energetyczny fal uzależniony jest głównie od wysokości oraz okresu tzw. fali znacznej. Dane uzyskane z urządzenia AWAC nie są obiecujące. W 2017 roku w obszarze pomiarowym najczęściej występowały fale o wysokości 0,6 m oraz okresie piku równym 4,8 sek. Co daje 0,8 kW energii na każdy metr grzbietu fali. W 2018 roku dominującą wysokością fali znacznej było 0,4 m przy okresie piku równym 4,8 sek. Potencjał energetyczny jest jeszcze niższy – 0,4 kW na metr grzbietu fali.
Przy określaniu potencjału energetycznego Bałtyku Południowego, poza zasobem określanym przez fale znaczne, należy brać pod uwagę szereg innych zmiennych. Sezon sztormowy, który na Morzu Bałtyckim trwa od września do marca, może w znacznym stopniu zwiększyć ilość wyprodukowanej energii z falowania, ale także być czynnikiem ograniczającym. Przy zbyt wysokich falach (ponad 3,8 m) pojawia się bowiem ryzyko uszkodzenia ramion modułu elektrowni. Z kolei poza sezonem sztormowym pracę elektrowni w trybie operacyjnym uniemożliwiają zbyt niskie fale (poniżej 0,5 m).
Z analiz IMGW-PIB wynika, że najwięcej stanów morza umożliwiających tryb operacyjny (w zakresie 0,5-3,8 m) wystąpiło w okresie wrzesień-grudzień i stanowiły one od 90 do ponad 98 proc. wszystkich pomiarów. Okresem o najmniejszym potencjalnym udziale czasu pracy w trybie operacyjnym były miesiące od marca do lipca, stanowiły one wówczas zaledwie od 33 do 56 proc.
W zależności od stanów hydrodynamicznych morza uzyskiwana energia fal diametralnie się różni. W hipotetycznej analizie potencjału energetycznego porównano wartości wysokości fali znacznej i średniego okresu oraz wysokości fali maksymalnej i okresu piku fali. Dla fali maksymalnej o wysokości 13 m i okresie 12,2 sek. uzyskano ponad 1 tys. kW energii. Dla fali znacznej o wysokości ponad 7 m i okresie 9,1 sek. wartość wytworzonej energii to nieco ponad 200 kW. Przy niskim stanie hydrodynamicznym morza, zarówno dla fali znacznej, jak i maksymalnej – których wysokości nie przekraczają 2 m – potencjał energetyczny to zaledwie 2-6 kW.
Na podstawie uzyskanych parametrów obliczono średnią miesięczną produkcję energii elektrycznej. Wykorzystano w tym celu wartości testowe producenta elektrowni WaveStar Energy [i] zainstalowanej u wybrzeży Dani. W warunkach Bałtyku Południowego jedno takie urządzenie mogłoby wyprodukować 100-170 kW energii miesięcznie. Hipotetyczna wartość uzyskanej energii na kilometrowym odcinku mogłaby zaspokoić potrzeby ok. 8-10 tysięcy osób.
Potencjał Morza Bałtyckiego do wytwarzania energii z falowania jest niewielki. W związku z tym stałe instalacje elektrowni falowych są niezwykle ryzykowne. Ponadto ich koszt jest na tyle duży, że nie są atrakcyjnym rozwiązaniem dla samorządów nadmorskich, które mogłyby korzystać z tej formy produkcji energii elektrycznej. Jednostka modułowa zaproponowana przez niemiecką firmę Sinn Power daje większe możliwości wdrożeniowe. Każda jednostka pływająca (moduł) składa się z czterech zintegrowanych przetworników wytwarzających energię z falowania. W regionach o niskim potencjale energii falowej platforma może być również wyposażona w szereg ogniw fotowoltaicznych o mocy 20 kW. Dodatkowo istnieje możliwość instalacji maksymalnie czterech małych turbin wiatrowych. W zależności od warunków lokalnych, wykorzystuje się określoną kombinację tych trzech źródeł czystej energii, aby wydajność platformy była maksymalna. Zabezpieczeniem pracy całego systemy są elektryczne czujniki, które stale przesyłają dane do centrów diagnostycznych, umożliwiając wczesne wykrywanie anomalii i zapobiegając potencjalnym awariom.
Jeżeli startupowy projekt SinnPower u wybrzeży Grecji zakończy się sukcesem, to platforma modułowa jest rozwiązaniem, które może być bardzo atrakcyjne dla lokalnych inwestorów, producentów zielonej energii oraz samorządów.
Więcej o projektach: https://www.sinnpower.com, http://wavestarenergy.com
[i] Partnerem WaveStar Energy była polska firma Stocznia Odys, która brała udział przy pracach projektowych elektrowni falowej typu pływakowego, a następnie budowy prototypu z dwoma pływakami. Po sukcesie przedsięwzięcia planowano budowę 10-pływakowej konstrukcji w Polsce. Całkowity koszt projekty szacowano na 39 mln zł. Niestety brak funduszy nie pozwolił na realizację inwestycji.
