Nordsee One

Odvlhčovače vzduchu zajišťující bezpečný
provoz příbřežních větrných elektráren

Úvod
V uplynulých letech se regenerativní výroba elektrického proudu v příbřežních větrných parcích postupně vyvinula v důležitý pilíř ekologického energetického mixu a v současné době patří k nejnadějnějším součástem energetického převratu. Aby větrné turbíny, které jsou v oblastech Severního a Baltského moře v provozu v počtu mnoha tisíců, trvale bezpečně fungovaly, nesmí být v jejich provozních prostorech překračována maximální vlhkost vzduchu.

Vzduch je proto nutno téměř neustále zbavovat vlhkosti: Provozní výpadky a opravy větrných elektráren nacházejících se daleko v moři jsou velmi nákladné a mohou mít za následek značné ztráty příjmů. Tento příspěvek vysvětluje problematiku a její řešení na příkladu větrného parku Nordsee One, který byl uveden do provozu na konci roku 2017. Park zahrnuje 54 větrných elektráren a má celkový výkon více než 330 MW.

Díky převážně silným a většinou také nepřetržitě vanoucím větrům na volném moři je využívání větrné energie v příbřežních elektrárnách lukrativní. Z důvodu dobrých podmínek jsou u příbřežních větrných elektráren počty hodin plného provozního vytížení dvojnásobné oproti srovnatelným elektrárnám pracujícím na souši. Zhruba 20 000 MW elektrického výkonu je v současnosti nainstalováno ve větrných parcích v Severním moři, Baltském moři a Irském moři. Další elektrárny o celkovém výkonu 35 000 MW se nacházejí ve fázi výstavby nebo plánování. Při zhruba 3 500 hodin plného provozu ročně dodávají větrné turbíny, které existují v počtu několika tisíců, v současné době elektrickou energii v celkovém ročním množství činícím 70 miliard kWh, přičemž v roce 2025 se má podle plánů jednat celkově o více než 220 miliard kWh. Významnými odběrateli ekologicky získávaného elektrického proudu jsou Velká Británie, Německo, Nizozemsko, Belgie a Dánsko.






Také Německo spoléhá na sílu větru
V Německu je probíhající výstavbě příbřežních větrných elektráren přikládán velký význam. Koncem roku 2017 bylo před německými pobřežími v provozu již téměř 1 200 větrných elektráren rozmístěných ve 20 příbřežních větrných parcích a dodávajících do sítě celkový výkon 5 400 MW. S odvoláním na informace zveřejněné Spolkovým svazem pro větrnou energii připadal v roce 2017 na větrnou energii podíl o velikosti zhruba 105 miliard kWh, který odpovídal asi 18 % celkového objemu výroby elektrické energie v Německu (600 miliard kWh). Elektrická práce získávaná z větrné energie je tak přibližně stejně velká jako práce získávaná využitím fotovoltaiky, biomasy a vodní energie dohromady.

Zhruba 20 miliard kWh z celkového množství elektrické energie pocházející z větrných elektráren v roce 2017 pak připadalo na příbřežní větrné elektrárny, což bylo již o 50 % více než v roce 2016. Také spolková vláda klade pro nadcházející roky velký důraz na větrnou energii: Do roku 2030 má být celkový instalovaný výkon větrných elektráren činit 15 000 MW (po asi 50 % připadajících na pozemní a příbřežní elektrárny), které pak budou dodávat elektrickou energii v množství nejméně 200 miliard kWh. To odpovídá asi jedné třetině dnešní německé celkové spotřeby elektrické energie. Na základě Zákona o obnovitelné energii (EEG) činí v současnosti počáteční zvýhodnění poskytované provozovatelům větrných elektráren umístěných na moři 15,4 centu/kWh po dobu prvních 12 let, poté 3,9 centu/kWh.






Větrný park Nordsee One dodává elektrickou energii v ročním množství 1 200 milionů kWh
Větrný park Nordsee One se nachází asi 35 km severně od ostrova Juist v jižní části Severního moře. Má celkovou plochu 41 km2, hloubka vody činí 26–29 m (viz obrázek 2). Střední rychlost větru se pohybuje okolo 10 m/s. Téměř deset roků poté, co Spolkový úřad pro lodní plavbu a hydrografii udělil povolení k vybudování větrného parku Nordsee One, byla koncem roku 2015 zahájena výstavba tohoto větrného parku. V dubnu roku 2016 byly hotové základy 54 větrných elektráren, v létě byla dokončena výstavba transformátorové plošiny a na konci září 2017 byla dokončena montáž všech 54 větrných elektráren.

V prosinci roku 2017 byl větrný park Nordsee One uveden do provozu a od té doby dodává ekologicky získávanou elektrickou energii. Použito je zde 54 větrných elektráren s průměrem rotoru 126 metrů, z nichž každá má jmenovitý výkon o velikosti 6,15 MW. Větrná elektrárna začíná pracovat při rychlostech větru od 3,5 m/s, přičemž svého maximálního výkonu dosahuje při rychlosti větru asi 12 m/s. Rotory mají celkovou plochu 12 500 m² – to odpovídá velikosti 1,5 fotbalového hřiště!

Celkový výkon všech 54 zařízení činí 332 MW. Provozovatelé větrného parku počítají s asi 3 600 hodin plného výkonu, což odpovídá ročnímu množství dodávané elektrické energie dosahujícímu zhruba 1 200 milionů kWh. Toto množství elektrické energie odpovídá roční spotřebě asi 400 000 domácností a současně úspoře jednoho milionu tun CO2 ročně, který by jinak vznikl při provozu tepelných elektráren. Předpokládaná doba provozu větrného parku činí nejméně 25 let.

Elektrický proud dodávaný ze Severního moře na pevninu
Uvedených 54 větrných elektráren je prostřednictvím středonapěťových kabelů spojeno s transformátorovou plošinou, která převádí napětí dodávaného proudu na vysokou hodnotu 155 kV. Odtud je elektrický proud veden pomocí dvou podmořských kabelů k sedm kilometrů vzdálené příbřežní převáděcí plošině (32 m x 16 m x 18 m), která slouží jako sběrná stanice a proud je zde usměrňován na stejnosměrný. Dva kabely, které jsou konstruovány pro napětí 320 kV, přenášejí proud v konečné fázi do pozemního napájecího bodu, jímž je transformátorová rozvodna Dörpen West (viz obrázek 3).

Bezpečnost provozu jako nejvyšší přikázání
Větrné elektrárny, které jsou často vzdáleny mnoho kilometrů od pevniny, musí být při svém provozu maximálně bezpečné. Provozní prostoj elektrárny znamená pro provozovatele, vzhledem k vysokým výnosům dosahovaným u elektráren s výkony v řádu MW, značné finanční ztráty. Nezbytné opravy se přitom mohou často z důvodu nepříznivého počasí zpožďovat i o řadu dní. Při rozbouřeném moři jsou servisní týmy následkem mnohahodinových plaveb a obtížných přechodů z lodi k větrné elektrárně vystavovány vysokému zatížení. Přeprava vrtulníkem je sice rychlejší, avšak také dražší a při mlze a silném větru navíc často neuskutečnitelná. U větrných elektráren jsou proto standardem elektronická zařízení k dálkovému sledování provozu a redundantní systémy, stejně jako pravidelné provádění prohlídek a údržby základů, lopatek rotorů a veškeré elektroniky, které je zajišťováno specializovanými podniky.

Společnost Condair GmbH, Garching dodala pro projekt Nordsee One-Projekt celkem 54 odvlhčovačů vzduchu typu DC 75 (viz obrázek 4). Aby byla zajištěna ochrana systémů elektráren před příliš vysokou vlhkostí a před korozí, musí být vzduch nepřetržitě vysoušen na relativní vlhkost v rozsahu asi 50–60 %. Kondenzát, který při tom vzniká, je trvale automaticky odváděn. V případě projektu Nordsee One se odvlhčovače nacházejí v prostorech o velikosti po zhruba 135 m³ (průměr 5,5 m, výška 5,7 m), které jsou uspořádány v úrovni vodní hladiny (viz obrázek 5). Kompaktní odvlhčovače vzduchu typu DC 75 (rozměry 800 mm x 820 mm x 400 mm) pracují s chladicím okruhem (obsahujícím chladivo R410A) na bázi kondenzačního odvlhčování (probíhajícího pod rosným bodem vzduchu).

Při průtočném množství vzduchu 800 m³/h činí denní odvlhčovací výkon 73 l. Zvláštností zařízení, která byla dodána pro větrný park Nordsee One, je speciální, velmi hodnotné příbřežní provedení s maximální úrovní ochrany proti agresivnímu mořskému vzduchu obsahujícímu soli. K tomu patří například skříň z ušlechtilé oceli, robustní speciální výměník tepla v provedení měď/měď a také speciální laková povrchová úprava ventilátorů s EC motory a izolovaná chladivová potrubí. Přístrojová elektronika v provedení IP66/67 (včetně systémů ke sledování poruch) se nachází v samostatném elektrickém skříňovém rozvaděči. Rozmrazování pomocí horkého plynu, které je řízeno podle potřeby, zaručuje hospodárný provoz i při nízkých teplotách v okolních prostorech.