Международная группа исследователей из Технического университета Дании и Мюнхенского технического университета провела анализ влияния надежности оборудования на эксплуатационные расходы и экологический след морских ветряных электростанций. В ходе работы ученые пришли к выводу, что частота поломок компонентов турбин оказывает непропорционально высокое воздействие на объемы выбросов парниковых газов, связанных с техническим обслуживанием. Результаты исследования показывают, что логистические процессы и ремонтные работы могут составлять значительную часть углеродного следа «зеленой» энергетики, что требует пересмотра подходов к планированию эксплуатации ветропарков.
Морская ветроэнергетика стала фундаментальной частью современной энергосистемы, однако операторы станций сталкиваются с необходимостью балансировать между минимизацией затрат и снижением экологического ущерба. Фаза эксплуатации и технического обслуживания, известная как O&M, традиционно занимает около 30% от общей стоимости производства энергии на офшорных проектах. Помимо финансовых затрат, эта деятельность генерирует существенные выбросы парниковых газов из-за использования специализированных судов и производства запасных частей. Согласно оценкам, вклад сервисных операций в общий углеродный след ветропарка может варьироваться от 5% до 30% в зависимости от специфики проекта и используемых моделей расчетов.
Для детальной оценки взаимосвязи между надежностью оборудования и экологическими показателями авторы работы использовали данные действующей шведской ветряной электростанции Lillgrund, расположенной в проливе Эресунн. Этот объект состоит из 48 турбин мощностью 2,3 МВт каждая. Ученые применили имитационное моделирование с помощью инструмента WOMBAT, варьируя параметры частоты отказов компонентов в диапазоне от минус 50% до плюс 50% от базовых значений. Это позволило спрогнозировать сценарии развития событий на протяжении 20–летнего жизненного цикла станции, учитывая реальные погодные условия, доступность судов и логистические цепочки.
Анализ показал, что изменение частоты отказов на 50% приводит к колебаниям операционных расходов примерно на 15%. При этом наиболее дорогостоящим компонентом в плане обслуживания является редуктор, ремонт которого требует привлечения тяжелых крановых судов и дорогостоящих комплектующих. Однако финансовая сторона вопроса оказалась менее чувствительной к надежности, чем экологическая. Выбросы CO2-эквивалента при аналогичном изменении частоты поломок варьировались гораздо сильнее — в пределах 50%. Это свидетельствует о том, что даже незначительное снижение надежности оборудования ведет к резкому росту углеродного следа.
Исследователи выявили интересный парадокс: компоненты, поломка которых обходится дороже всего, не обязательно наносят наибольший вред экологии. Основной объем выбросов генерируется не при капитальных ремонтах с использованием тяжелой техники, а в ходе частых мелких ремонтов и инспекций. Для выполнения таких задач используются суда для трансфера персонала (CTV), которые совершают регулярные рейсы. Именно топливо, сжигаемое этими судами в процессе постоянных перемещений между портом и станцией, формирует львиную долю эмиссии парниковых газов, связанных с обслуживанием.
Моделирование также затронуло вопрос технической доступности турбин. Выяснилось, что при наличии необходимых ресурсов — запчастей, судов и персонала — даже существенное увеличение частоты отказов снижает время доступности станции всего на 2%. Однако в реальных условиях дефицит комплектующих или погодные ограничения могут значительно усугубить ситуацию. Работа подтвердила необходимость интеграции процессов O&M в общую оценку жизненного цикла ветропарков, поскольку пренебрежение этими факторами искажает реальную картину экологической эффективности возобновляемой энергетики.
Отдельное внимание в работе уделено стратегиям управления ветропарком. Современные методы, такие как управление кильватерным следом для снижения аэродинамического затенения соседних турбин, могут изменять нагрузку на отдельные узлы агрегатов. Это, в свою очередь, влияет на скорость износа и вероятность поломок. Авторы отмечают, что на данный момент взаимосвязь между режимами управления потоком воздуха внутри ветропарка и надежностью конкретных компонентов изучена недостаточно, что создает пробелы в планировании долгосрочной эксплуатации.
Результаты исследования подчеркивают важность повышения надежности ключевых узлов не только для экономической выгоды, но и для достижения климатических целей. Переход на более устойчивые стратегии обслуживания, включая использование судов с низким уровнем выбросов, может существенно сократить углеродный след отрасли. Работа была выполнена при поддержке европейских проектов SUDOCO и TWAIN, направленных на оптимизацию управления ветряными фермами и цифровизацию энергетического сектора.
