מבוא
כיום, טורבינות הרוח הימיות מקובעות לקרקעית הים, ומוגבלות למים רדודים עד עומק של כ- 60 מטר. מגבלה זו מוציאה כ-80% ממשאבי הרוח הימיים בעולם אל מחוץ לתחום של טורבינות ימיות קבועות. כדי לפתור מגבלה זו, ולפתוח שטחי ים אדירים לאנרגיה מתחדשת, פותחו ומפתחים טורבינות רוח ימיות צפות. טורבינות רוח ימיות צפות מבוססות על טכנולוגיה מוכחת, והשימוש בהן הולך ומתרחב. עם פוטנציאל גלובלי של כמעט 7,000 GW אסור להתעלם מהתפתחות זו .
פיתוח טורבינות רוח ימיות צפות בים העמוק, מאפשר שחרור כוח הרוח ממגבלת הקבעון לקרקעית הים, גישה למשאבי רוח שלא נוצלו עד עתה, ופותח עולם של אנרגיות חדשות והזדמנויות חדשות. כיום ניתן להציב טורבינות רוח צפות כמעט בכל מקום בו המים עמוקים מ- 60 מטר, לפתוח אתרים חדשים לייצור חשמל, לרתום את משאבי הרוח הטובים ביותר לייצור חשמל.
בין היתרונות של טורבינות רוח צפות:
- הרוחות חזקות יותר ויציבות יותר בים.
- אין כמעט פגיעה באנשים, בבעלי כנף, ובנוף.
- קרוב ל -80% מפוטנציאל משאבי הרוח הימיים בעולם נמצא במים עמוקים מ -60 מטר.
- הסרת מגבלות עומק המים מאפשרת לבחור את האתרים הטובים יותר.
- הטכנולוגיה מוכחת ואפשר להתקין טורבינות רוח צפות בהיקף משמעותי בעולם עד שנת 2030
- לטורבינות רוח צפות קיבולת capacity factor גבוהה יותר מטורבינות יבשתיות ומטורבינות ימיות קבועות הודות למשטר רוחות טוב יותר.
בעבר היו ספקות לגבי האפשרות שטכנולוגית טורבינות רוח צפות תתפתח מספיק מהר ותוריד את העלויות לנקודה בה הן באמת יכולות להמריא. טורבינות רוח צפות גם מתחרות עם טורבינות רוח המקובעות לקרקעית הים שמתקדמות במהירות למים עמוקים יותר ויותר. לפני 20 שנה המגבלה של טורבינות רוח ימיות היתה במים עמוקים מ -20 מטר. מאז הגבול הזה זז לכ-60 מטר. במירוץ לפיתוח מספיק אנרגיה מתחדשת כדי למנוע את משבר האקלים, יש מספיק מקום לטורבינות רוח ימיות מקובעות וצפות.
הוכחת היתכנות
בשנת 2009 התקין תאגיד סטאטאוילStatoil , כיום אקווינור Equinor, את אב הטיפוס של טורבינת רוח Hywind בחוף נורבגיה. יחידת ההדגמה כללה טורבינת רוח עם להבים בקוטר 85 מטר, והספק של 2.3 מגהוואט. היחידה תפקדה היטב במשך שש שנים, והוכיחה שדגם Hywind מתפקד היטב בכל תנאי הרוח והגלים. בשנת 2015 הוחלט להמשיך לשלב הבא, להקמת חוות הרוח הייווינד סקוטלנד.
הייווינד סקוטלנד Hywind Scotland המופעלת על ידי תאגיד אקווינור הנורבגי שהחלה לפעול ב- 2017, היא חוות הרוח הצפה המסחרית הראשונה בעולם, עם הביצועים הטובים ביותר מבין תחנות הרוח בבריטניה, זו השנה השלישית ברציפות, ובכך הוכיחה את הפוטנציאל של טורבינות רוח צפות.
הייווינד סקוטלנד הגיעה לגורם קיבולת capacity factor, (היחס בין תפוקת האנרגיה בפועל, לתפוקה המרבית האפשרית באותו הזמן) הממוצע הגבוה ביותר מכל חוות הרוח בבריטניה, עם מקדם קיבולת ממוצע של 57.1% בשנה עד מרץ 2020. בשנתיים הראשונות לפעילותה, חוות הרוח השיגה גורם קיבולת ממוצע של כ- 54%. זאת בהשוואה לקיבולת ממוצעת בסביבות 40% בחוות רוח חוץ- יבשתיות offshore
בבריטניה , ובהשוואה לקיבולת ממוצעת בסביבות 23% בחווות הרוח מעלה הגלבוע, ורמת סירין בישראל.
ההצלחה של הייווינד סקוטלנד סללה את הדרך להכרזה של בריטניה על פתוח חוות רוח צפות בהספק של 1,000 מגה-וואט עד שנת 2030 . במקביל, ב- 30 לאפריל 2021 פורסם כי צרפת החלה בהליך מכרז לפרויקט של טורבינות רוח צפות מדרום לבריטן בהספק של עד 270 מגה-וואט.
ב-27 ליולי 2020 נמסר כי חוות הרוח הצפה WindFloat Atlantic floating offshore wind farm בהספק של 25 MW במי החופים של פורטוגל, פועלת באופן מלא ומספקת חשמל לרשת החשמל של פורטוגל .
צרפת מתכננת גם לצאת במכרז של פרויקט טורבינות רוח צפות בהספק של 500 מגה-וואט באותו אזור בשנת 2024. הפרויקטים מתוכננים להתחבר לרשת החשמל בצרפת בכבל משותף.
הטכנולוגיה של טורבינות רוח ימיות צפות
טכנולוגיה זו שנחשבה עד כה לטכנולוגיית נישה, הגיעה לרמת מוכנות טכנולוגית גבוהה, שהופכת אותה למשלימה לטורבינות רוח ימיות הקבועות לקרקע הים. מקובל לחשוב כי בעומק מים גדול מ- 60 מטר, טורבינות רוח ימיות עם יסודות קבועים לקרקעית אינם כלכליים, נראה שהמעבר בין יסודות קבועים לצפים מתרחש בעומק מים בין 40 ל -60 מטר.
מרבית טורבינות הרוח הימיות כיום מקובעות לקרקעית הים, במים בעומק של פחות מ -60 מטר. הדור הבא של טורבינות רוח ימיות נועד לצוף רחוק יותר בים, שם הרוחות חזקות יותר, אך עומק המים הופך את טורבינות רוח המקובעות לקרקע הים ללא כלכליות.
רוב התכנונים של טורבינות רוח ימיות צפות מוכרים מתעשיית הנפט והגז, והן מעוגנות לקרקעית הים עם קווי עגינה ועוגנים, בדיוק באותו אופן שבו מעוגנת פלטפורמת נפט צפה.
נכון להיום, יש מספר רב של תפיסות תכנון של טורבינות רוח צפות הנמצאים בבדיקה, בשלב אב טיפוס או בפיתוח פעיל ברחבי העולם. רובם תוכננו על פי שלשת הסוגים האופייניים של מבנים צפים שמקורם בתעשיית הנפט והגז:
טורבינות רוח צפות מבוססת על עיצוב מצוף ארוך במשקל גדולspar buoy והיציבות הרבה שלו מסופקת על ידי כוח הכבידה. טורבינות רוח צפות למחצה Semi-Submersible המסתמכות על ציפה, טורבינות TLP (Tension-leg platform) המיוצבות על ידי המתח במערכת העגינה, וטורבינות רוח על דוברה Barge.
עלות האנרגיה המנורמלת הנוכחית (LCOE) של טורבינות רוח ימיות צפות יכולה להיות פי 2 עד פי 3 מזו של טורבינות רוח ימיות הקבועות לקרקע הים.
גודל הטורבינה הוא המפתח להפחתת העלויות. חברת אקווינור כבר ראתה ירידה בעלות CAPEX למגה וואט של 70% בין הדגם הנסיוני הראשון שלה, בהספק של 2.3 מגהוואט לבין היווינד סקוטלנד, עם הספק של 30 מגהוואט. החברה צופה ירידה נוספת של 40% בין היווינד סקוטלנד לבין Hywind Tampen עם הספק של 88 מגהוואט.
טורבינות הרוח הצפה הייווינד Hywind
היווינד היא טורבינת רוח ימית offshore צפה המבוססת על מצוף גלילי ארוך spar buoy המעוגן בכבלים או בשרשרות לקרקעית הים. בחלקו של המצוף הנמצא במים יש משקולות שתפקידן לייצב את המצוף (בלסט), כך שכל המערכת כולל הטורבינה צפה זקופה.
העיצוב הצף מאפשר להציב טורבינות רוח מסוג Hywind במים שהם עמוקים מדי עבור טורבינות רוח ימיות רגילות, ולנצל רוחות בים שהן בדרך כלל יציבות וחזקות יותר מרוחות ביבשה בגלל היעדר מאפיינים טופוגרפיים המשבשים את זרימת הרוח.
בקר תנועת הרוח של טורבינת הרוח הצפה Hywind משתמש בחיישנים ובמחשבים כדי לווסת את זוית להבי הטורבינה pitch בהתאם למשבי הרוח, לשכך את תנועות המגדל, להפחית את העומס על כבלי העגינות ולמקסם את ייצור החשמל.
תכנון מעודכן של הטורבינה נעשה על סמך הניסיון מפעולת אב-הטיפוס. המבנה הצף בנוי מגליל פלדה מלא במי נטל ובסלעים או עפרות ברזל. 85-90 מטר מהמצוף שקועים במים עם דחק של כ- 12,000 טון. (12,000 מטר מעוקב). קוטר המצוף בקו המים הוא כ 9-10 מ ', ואילו הקוטר של החלק השקוע של המצוף הוא 14-15 מטר.
מדובר במספרים ענקיים. המצופים הענקיים של הייווינד סקוטלנד מולאו בכ- 8,000 טון מי ים כדי לגרום להם להישאר זקופים. בשלב הבא הם מולאו בכ- 5,500 טון נטל מוצק תוך שאיבת כ -5,000 טון מי ים כדי לשמור על עומק החלק השקוע בים draft..
המבנה הצף מעוגן לקרקעית הים באמצעות מערכת עגינה קונבנציונאלית של 3 שרשרות פלדה. סוגי העוגנים נקבעים לפי תנאי קרקעית הים כאשר במערך של חוות רוח, ניתן להשתמש בנקודות עיגון משותפות, מה שמקטין את מספר העוגנים ליחידה.
בעבר היו ספקות לגבי האפשרות שטכנולוגית טורבינות רוח צפות תתפתח מספיק מהר ותוריד את העלויות לנקודה בה הן באמת יכולות להמריא. טורבינות רוח צפות גם מתחרות עם טורבינות רוח המקובעות לקרקעית הים שמתקדמות במהירות למים עמוקים יותר ויותר. לפני 20 שנה המגבלה של טורבינות רוח ימיות היתה במים עמוקים מ -20 מטר. מאז הגבול הזה זז לכ-60 מטר. במירוץ לפיתוח מספיק אנרגיה מתחדשת כדי למנוע את משבר האקלים, יש מספיק מקום לטורבינות רוח ימיות מקובעות וצפות.
טורבינות רוח ימיות צפות בישראל
טורבינות רוח ימיות צפות הן המפתח לפוטנציאל משאבים בלתי נדלה בישראל (ובעולם). 80% מכל משאב הרוח הימי נמצא במים בעומק של 60 מטר ויותר. בתנאים הנכונים, טורבינות רוח ימיות צפות יכול להיות מנוע משמעותי התומך במעבר לאנרגיות מתחדשות. ישראל צריכה לנוע במהירות ולפרוס טורבינות רוח ימיות צפות כדי לנצל את הפוטנציאל האנרגטי בתחום זה.
הפוטנציאל של טורבינות רוח ימיות צפות בישראל גדול ועצום, והן יכולות וצריכות למלא תפקיד מפתח בישראל במהלך להשגת אפס פליטות פחמן ב-2050. ישראל צריכה לנוע במהירות ולפרוס טורבינות רוח ימיות צפות כדי לנצל את הפוטנציאל האנרגטי בתחום זה.
היקף הפעילות בתחום זה יוגדר על ידי מדיניות הממשלה ועל ידי הפחתת העלויות בענף טורבינות הרוח הימיות, גורם שאינו תלוי בישראל.
יש להטיל על המכון המטאורולגי של ישראל למפות את האזורים הפוטנציאליים בים לפיתוח טורבינות רוח ימיות צפות, ובמקביל יש לקבוע את האזורים בהם ניתן להקים חוות טורבינות רוח ימיות צפות שיעמדו ביעדי Net Zero ואף יותר.
עד אז צריך לעצור את הקמת חוות טורבינות רוח יבשתיות חדשות בישראל
