Kapplöpet om att rulla ut "superstora" vindkraftverk är igång

Inom en inte alltför avlägsen framtid kommer vattnet 15 miles utanför Martha's Vineyard att vara hem för en potentiellt avgörande del av USA:s energiframtid: 800 megawatt Vineyard Wind 1, ett projekt som har beskrivits som "nationens första kommersiella vindkraftpark till havs. .”

Bygget av Vineyard Wind 1 startade förra året, och anläggningen kommer att använda 13 MW versioner av GE Renewable Energys Haliade-X-turbiner. Med en höjd på upp till 260 meter (853 fot), en rotordiameter på 220 meter och 107 meter långa blad är Haliade-X en del av en ny generation turbiner som kommer att installeras under de kommande åren.

Utöver GE, andra företag går in på den stora turbinakten. I augusti 2021, Kinas MingYang Smart Energy släppt detaljer om en 264 meter hög design som kommer att använda 118-meters blad.

På andra håll arbetar det danska företaget Vestas på en 15 megawatts turbin som kommer att ha en rotordiameter på 236 meter och 115.5 meter långa blad samtidigt som Siemens Gamesa förnybar energi utvecklar en turbin som innehåller 108 meter långa blad och en rotordiameter på 222 meter.

Orsakerna till dessa ökningar i storlek är tydliga. När det gäller höjden säger det amerikanska energidepartementet att turbintornen "blir högre för att fånga upp mer energi, eftersom vindarna i allmänhet ökar när höjderna ökar."

En större rotordiameter är inte bara för att visa heller, med DOE noterar att de "tillåter vindkraftverk att sopa mer område, fånga mer vind och producera mer elektricitet."

Det är ungefär samma sak med blad. DOE säger att längre blad kan "fånga mer av den tillgängliga vinden än kortare blad - även i områden med relativt mindre vind."

Att ha enorma turbiner på marknaden är bra och bra, men deras omfattning kan innebära ett antal utmaningar på medellång till lång sikt för sektorn, vilket skapar klämpunkter som kan orsaka huvudvärk.

Välordnad

Ta installationer. I februari, forskning från Rystad Energi skärpt in på några av de möjliga frågorna relaterade till fartygen som används för att installera havsbaserade vindkraftverk ute till havs.

Utan att räkna Kina, sa den att vindkraftverken hade sett vad de kallade "en tillväxtspurt under de senaste åren, som ökat från ett genomsnitt på 3 megawatt (MW) 2010 till 6.5 MW idag."

Denna förändring, förklarade den, var sannolikt bibehållen. "Turbiner större än 8 MW stod för bara 3% av de globala installationerna mellan 2010 och 2021, men den andelen förväntas stiga till 53% till 2030."

Ovanstående data avser endast vindkraftverk till havs. Enligt energiforsknings- och business intelligence-företaget kommer efterfrågan på fartyg som kan installera större offshoreturbiner att överstiga utbudet år 2024.

Operatörer, sade det, "kommer att behöva investera i nya fartyg eller uppgradera befintliga för att installera de superstora turbiner som förväntas bli normen i slutet av decenniet, annars kan takten för havsbaserad vindkraftsinstallationer sakta ner."

"När turbinerna var mindre kunde installationen hanteras av den första generationens flotta av havsbaserade vindfartyg eller konverterade jackups från olje- och gasindustrin", sa Martin Lysne, senior analytiker för riggar och fartyg på Rystad Energy, i ett uttalande på tid.

Med operatörer som fortsätter att gynna större turbiner, sa Lysne att en "ny generation av specialbyggda fartyg" skulle behövas för att möta efterfrågan.

Dessa specialiserade fartyg är inte billiga. amerikanskt företag Dominion Energy, till exempel, leder ett konsortium som bygger 472-fots Charybdis, som kommer att kosta cirka 500 miljoner dollar och kunna installera nuvarande turbiner och nästa generations sådana på 12 MW eller mer. Fler fartyg som Charybdis kommer att behövas i framtiden när turbinerna växer.

"Ur den nuvarande flottan av specialbyggda fartyg kan bara en handfull enheter installera 10 MW+ turbiner, och ingen kan för närvarande installera 14 MW+ turbiner", enligt Rystad Energys analys. "Detta kommer att förändras mot 2025 när nybyggen börjar levereras och befintliga fartyg får kranuppgraderingar." 

Hamnar

Fartygen som transporterar och installerar turbiner kommer att vara viktiga under de kommande åren, men hamnarna där de lägger till är ett annat område där investeringar och uppgraderingar sannolikt kommer att behövas för att tillgodose vindkraftens tillväxt.

I en kommentar som skickades till CNBC via e-post beskrev Rystad Energys Lysne hamninfrastruktur som "mycket viktig" ur ett fartygsperspektiv.

Framöver verkar det som att det kommer att behövas mycket pengar. I maj förra året sade en rapport från industriorganet WindEurope Europas hamnar skulle behöva investera 6.5 ​​miljarder euro (cirka 7.07 miljarder dollar) till 2030 för att "stödja expansionen av havsvind."

Rapporten tog upp den nya verkligheten med större turbiner och vilken effekt detta kan ha i förhållande till hamnar och infrastruktur. "Uppgraderade eller helt nya anläggningar behövs för att hysa större turbiner och en större marknad", stod det.

Hamnar, sa WindEurope, skulle också behöva "utvidga sin mark, förstärka kajer, förbättra sina djuphavshamnar och utföra andra anläggningsarbeten."

På senare tid har en rapport från Global Wind Energy Council också förstärkt hamnarnas betydelse.

"När havsbaserade vindkraftsprojekt expanderar och flytande vindprojekt i kommersiell skala ökar, kommer hamnuppgraderingar att vara avgörande för industrins framtida framgång", heter det.

Den Bryssel-baserade organisationen sa att turbinstorlekarna hade "ökat dramatiskt" under det senaste decenniet, och noterade att 15 MW turbiner fanns tillgängliga på marknaden.

"Experter förutspår nu att turbiner med en 17 MW-klassning kommer att vara vanliga år 2035," sade det, innan de tillade att projekt centrerade kring flytande havsvind utvecklades "med enorma volymer."

Dessa "flytande projekt" behövde "betydande lagring och montering vid kajen, vilket nödvändiggjorde rymligare anläggningar, sammankopplade transportförbindelser på land inom hamnområden och hamnar på djupare vatten."

"Flera regeringar har identifierat hamnuppgraderingar som viktiga för att utveckla vindkraft till havs, från Taiwan till delstaten New York."

När det gäller hamnar sa Rystad Energys Lysne till CNBC att USA - vars nuvarande havsbaserad vindmarknad är liten - skulle "kräva mer arbete eftersom de inte har samma infrastruktur på plats som Europa."

Förändringar på den fronten verkar vara på gång. I början av mars, BP och Equinor — två företag mer kända som olje- och gasproducenter — undertecknade ett avtal att omvandla South Brooklyn Marine Terminal till en havsbaserad vindhamn.

I ett tillkännagivande sa Equinor att hamnen skulle bli "en banbrytande iscensättningsanläggning för Equinor och bps Empire Wind and Beacon Wind-projekt." Webbplatsen, hävdade det, skulle vara "en go-to-destination för framtida havsbaserad vindkraftsprojekt i regionen." Investeringar i infrastrukturuppgraderingar förväntas komma in på $200 till $250 miljoner.

Vägen framför

Allt ovanstående bidrar till vikten av infrastruktur och logistik. Shashi Barla, som är global chef för vindförsörjningskedjan och teknik på Wood Mackenzie, sa till CNBC att även om företagen hade den tekniska förmågan, visade sig logistiska utmaningar vara "mycket svåra."

"Det är inte så att det är något nytt ... vi har pratat om logistikutmaningar sedan dag ett i branschen," sa Barla. "Det är att ... vi är typ nu, i dag, närmar oss vändpunkten."

Runt om i världen, stora ekonomier tillkännager planer på att öka vindkraftskapaciteten i ett försök att minska vårt beroende av fossila bränslen.

Även om dessa mål är ambitiösa, är det tydligt att de möter ett antal hinder. Trots problemen med turbinstorlek kommer det att krävas en enorm ansträngning att få alla dessa installationer online. Det finns arbete att göra.   

"I allt högre grad ses bristen på underlättande infrastruktur som en viktig begränsande faktor i vindindustrins tillväxt", konstaterade GWEC:s rapport.

"I många länder," tillade den, "hämtar bristen på infrastruktur, såsom nät och transmissionsnät, logistikmotorvägar och hamnar, utbyggnaden av vindkraft och kväver själva innovationen som behövs för att omvandla energisystemet."

Vid sidan av dessa frågor kommer vindkraftverkens interaktion med vilda djur sannolikt att bli ett annat område för stor debatt och diskussion framöver.

Först förra veckan meddelade det amerikanska justitiedepartementet att ett företag som heter ESI Energy Inc hade "erkänt sig skyldig till tre fall av brott mot MBTA" eller Migratory Bird Treaty Act.

Allt eftersom 21-talet fortskrider är vindenergin redo för en massiv expansion, men vägen framåt ser långt ifrån jämn ut. Med FN:s generalsekreterare nyligen varning planeten var "sömngång till klimatkatastrof", insatserna kunde inte vara mycket högre.