Bu araşdırma ABŞ-ın Şərq Sahilində açıq dəniz enerji portfellərinin necə planlaşdırılmalı olduğunu anlamaq üçün hazırlanmış geniş ədəbiyyat icmalı hesabatıdır. Hesabatın əsas məqsədi tək bir enerji texnologiyasına baxmaq əvəzinə dalğa enerjisi çeviricilərini, okean axını qurğularını, qabarma-çəkilmə axını turbinlərini, yanalma və lövbərləmə sistemlərini, sualtı elektrik ötürmə infrastrukturunu, qasırğa mənşəli infrastruktur həssaslığını, ekoloji riskləri və enerji sistemi modelləşdirmə alətlərini eyni çərçivədə qiymətləndirməkdir.

Araşdırma AMEC Task 3.9.1 çərçivəsində hazırlanmış ədəbiyyat icmalı hesabatıdır. Bu baxımdan hesabat yeni qurğu dizayn edən və ya tək bir eksperiment nəticəsi təqdim edən dar çərçivəli məqalə deyil. Əvəzində ABŞ-ın Şərq Sahilində riskdən yayınan, çoxtexnologiyalı, iqtisadi və ekoloji baxımdan tətbiq edilə bilən açıq dəniz enerji portfellərinin gələcəkdə necə modelləşdirilə biləcəyi üçün bilik bazası yaradır. Hesabatın yanaşması fənlərarasıdır: enerji istehsal potensialı ilə yanaşı fırtına, qasırğa, kabel, lövbər, ekologiya, balıqçılıq, dəniz məməliləri, icazə prosesləri və məlumat infrastrukturu da nəzərə alınır.

Hesabatın əsas mesajı budur: ABŞ-ın Şərq Sahilində dəniz enerjisinin gələcəyi tək bir texnologiyanın uğurundan asılı deyil. Qabarma-çəkilmə turbinləri daha yetkin və proqnozlaşdırıla bilən istehsal profili təqdim etdiyi halda, dalğa enerjisi hələ nümayiş mərhələsindədir və xüsusilə sahilə yaxın yük mərkəzləri və açıq dəniz külək sahələri ilə birlikdə düşünülməlidir. Okean axını texnologiyaları, xüsusilə Gulf Stream kimi güclü axın bölgələrində nəzəri baxımdan diqqətçəkən olsa da, kommersiya miqyaslı sahə sübutları hələ məhduddur. Buna görə hesabat tək texnologiya seçimi əvəzinə açıq dəniz küləyi, dalğa enerjisi, axın enerjisi, ötürmə infrastrukturu və ekoloji məhdudiyyətlərin birlikdə optimallaşdırıldığı portfel yanaşmasını önə çəkir.

Araşdırmanın ən mühüm tərəflərindən biri enerji planlaşdırmasını yalnız “harada daha çox enerji var?” sualına endirməməsidir. Hesabat göstərir ki, güclü resursa malik ərazilər həmişə tətbiq edilə bilən layihə sahələri olmur. Dəniz enerjisi sahəsində dalğa və ya axın resursu yüksək ola bilər; lakin dərin su, kabel xərci, yanalma çətinliyi, qasırğa yükləri, dəniz məməlilərinin miqrasiya yolları, balıqçılıq sıxlığı, hərbi zonalar, dəniz nəqliyyatı və mühafizə olunan ərazilər bu sahəni texniki və ya hüquqi baxımdan çətinləşdirə bilər. Buna görə realistik açıq dəniz enerji planlaşdırması enerji resursunu, xərci, infrastruktur təhlükəsizliyini və ekoloji uyğunluğu birlikdə qiymətləndirməlidir.

Araşdırmanın əsas məqsədi nədir?

Bu hesabatın mərkəzində ABŞ-ın Şərq Sahili üçün çoxtexnologiyalı açıq dəniz enerji portfellərinin qiymətləndirilməsi dayanır. “Portfel” sözü burada maliyyədə olduğu kimi səbət məntiqi daşıyır. Tək enerji texnologiyasına sərmayə qoymaq əvəzinə müxtəlif resursların və texnologiyaların birlikdə istifadəsi nəzərdə tutulur. Məsələn, bir bölgədə yalnız açıq dəniz küləyi deyil, onunla yanaşı dalğa enerjisi və ya okean axını enerjisi də qiymətləndirilə bilər. Beləliklə, istehsal profili, xərc, risk və infrastruktur istifadəsi daha balanslı ola bilər.

Hesabatın hədəflədiyi problem sadə deyil. Açıq dəniz enerji sistemləri qurudakı enerji layihələrindən daha mürəkkəbdir. Çünki enerji mənbəyi dənizin içində və ya üzərində yerləşir; qurğular dalğa, axın, duzlu su, korroziya, dəniz canlıları, qasırğa və texniki xidmətə çıxış kimi çoxsaylı çətin şəraitlə qarşılaşır. Bundan əlavə, istehsal olunan elektrikin sualtı kabellərlə sahilə daşınması lazımdır. Buna görə açıq dəniz enerji planlaşdırması yalnız turbin və ya generator seçimi deyil; eyni zamanda dəniz mühəndisliyi, ekologiya, elektrik ötürülməsi, risk təhlili və iqtisadiyyat problemidir.

Hesabat altı əsas məlumat sahəsini birlikdə araşdırır:

• Dəniz enerjisi texnologiyaları: dalğa enerjisi çeviriciləri, qabarma-çəkilmə axını turbinləri və okean axını qurğuları,
• Yanalma və lövbərləmə sistemləri: üzən və ya troslarla saxlanılan qurğuların sahədə sabit qalmasını təmin edən sistemlər,
• Açıq dəniz elektrik infrastrukturu: dənizdə istehsal olunan elektriki qurudakı şəbəkəyə daşıyan kabel, transformator, platforma və ötürmə arxitekturaları,
• Enerji infrastrukturunun külək/qasırğa həssaslığı: ötürmə qüllələrinin, keçiricilərin və paylayıcı dirəklərin ekstremal külək altında zədələnmə ehtimalları,
• Ekoloji risklər: dəniz məməliləri, dəniz tısbağaları, balıqlar, quşlar, habitatlar, mühafizə əraziləri və icazə məhdudiyyətləri,
• İstifadəçi alətləri və məlumat mənbələri: enerji sistemi modelləşdirmə proqramları, açıq dəniz külək/dalğa/axın məlumat dəstləri və ekoloji xəritə layları.

Bu quruluş vacibdir, çünki açıq dəniz enerji sərmayəsi birölçülü qərar deyil. Ərazi enerji baxımından güclü, ekoloji baxımdan isə həssas ola bilər. Texnologiya ucuz görünə bilər, lakin kabel və ya lövbər xərci onu bahalaşdıra bilər. Sahə nəzəri olaraq yüksək istehsal vəd edə bilər, amma qasırğa riski, texniki xidmətə çıxış və ya şəbəkə bağlantısı səbəbindən tətbiq edilə bilməz. Hesabat bu parçaları eyni qərar çərçivəsində birləşdirməyə çalışır.

Hesabatın metodu necə qurulub?

Hesabat hər məlumat sahəsi üçün ən azı on rəyli mənbəni hədəfləyən ədəbiyyat taramasının aparıldığını bildirir. Mənbələr Scopus və Web of Science kimi akademik platformalardan, həmçinin Google Scholar, Engineering Village və ScienceDirect kimi axtarış mühitlərindən seçilib. Rəyli ədəbiyyatın kifayət etmədiyi sahələrdə DOE proqram sənədlərindən, milli laboratoriya hesabatlarından və texniki hesabatlardan da istifadə olunub.

Bu yanaşma araşdırma növünü anlamaq baxımından çox vacibdir. Hesabat birbaşa “yeni qurğu hazırladıq və sınaqdan keçirdik” deyən eksperimental iş deyil. Daha çox mövcud ədəbiyyatdakı məlumatları bir araya gətirərək gələcək modelləşdirmə işləri üçün texniki, iqtisadi və ekoloji baza yaradan icmal hesabatıdır. Buna görə hesabatdakı nəticələr “bu texnologiya mütləq bu xərcə qurulacaq” kimi yekun qərarlar deyil; ədəbiyyatdan çıxarılan mövcud biliklər, intervallar, qeyri-müəyyənliklər və tədqiqat boşluqlarıdır.

Hesabatın digər metodoloji tərəfi xərcləri müqayisə edilə bilən formaya gətirməsidir. Bəzi mənbələrdəki xərclər Avropa ədəbiyyatından gəldiyi və avro ilə verildiyi üçün hesabat onları ABŞ dollarına çevirmək üçün 1 EUR = 1,10 USD çevirmə nisbətindən istifadə edir. Belə çevirmələr müxtəlif ölkələrdən gələn xərc araşdırmalarını eyni çərçivədə qiymətləndirmək üçün lazımdır; lakin bu, xərc nəticələrinin dəqiq rəqəmlər deyil, fərziyyələrdən asılı müqayisə dəyərləri olduğunu xatırladır.

Dəniz enerjisi texnologiyalarını niyə tək sinfə endirmək olmaz?

Hesabatın dəniz enerjisi bölməsində üç əsas texnologiya sinfi nəzərdən keçirilir: dalğa enerjisi çeviriciləri, okean axını qurğuları və qabarma-çəkilmə axını turbinləri. Bu texnologiyaların hamısı dənizdən enerji əldə etməyi hədəfləsə də, resurs xarakterləri, qurğu arxitekturaları, yetkinlik səviyyələri, xərc strukturları və ekoloji təsirləri fərqlidir.

Dalğa enerjisi okean səthi dalğalarının kinetik və potensial enerjisindən istifadə edir. Qabarma-çəkilmə enerjisi Ay və Günəşin cazibə təsiri ilə yaranan müntəzəm axınlardan istifadə edir. Okean axını enerjisi isə Gulf Stream kimi davamlı iri miqyaslı su hərəkətlərindən elektrik istehsalını hədəfləyir. Bu üç resurs eyni “dəniz enerjisi” başlığı altında toplansa da, planlaşdırma baxımından eyni deyil. Dalğa enerjisi daha geniş ərazilərdə mövcud ola bilər, lakin daha qeyri-müntəzəmdir. Qabarma-çəkilmə enerjisi çox proqnozlaşdırılandır, lakin uyğun sahələrin sayı məhduddur. Okean axınları böyük potensial daşıya bilər, amma dərin su və ötürmə infrastrukturu səbəbindən mühəndislik çətinlikləri yüksəkdir.

Hesabatın bu nöqtədə əsas şərhi budur ki, ABŞ-ın Şərq Sahilində tək bir dəniz enerjisi ailəsi bütün sistemə hakim olmayacaq. Çoxtexnologiyalı portfellər tək texnologiyaya əsaslanan yanaşmalardan daha güclü ola bilər. Çünki müxtəlif resurslar müxtəlif vaxtlarda və müxtəlif sahələrdə istehsal edə bilər. Məsələn, küləyin zəif olduğu dövrdə dalğa və ya axın istehsalı töhfə verə bilər. Yaxud eyni sualtı ötürmə xətti birdən çox enerji texnologiyası tərəfindən daha səmərəli istifadə edilə bilər.

Dalğa enerjisi: potensial var, lakin texnologiya hələ yetkinləşmə mərhələsindədir

Hesabat ABŞ-ın Şərq Sahilində dalğa enerjisinin orta səviyyədə, lakin texniki baxımdan nəzərəçarpan resurs təqdim etdiyini bildirir. Sakit okean sahili qədər güclü dalğa rejimi yoxdur; lakin Şərq Sahilinin üstünlüyü yalnız xam enerji sıxlığı deyil. Sahilə yaxın böyük istehlak mərkəzləri, uyğun batimetriya, əlçatanlıq və açıq dəniz külək sahələri ilə infrastruktur paylaşma ehtimalı bu bölgəni əhəmiyyətli edir.

Dalğa enerjisi çeviriciləri dörd əsas qurğu ailəsində araşdırılır:

• Salınan su sütunları: Dalğa qismən suya batmış kameradakı su səthini hərəkət etdirir. Bu hərəkət kameradakı havanı irəli-geri itələyir və hava axını turbin fırladır.
• Nöqtə absorbentləri: Dalğa hərəkəti ilə yuxarı-aşağı salınan kiçik üzən qurğulardır. Şamandıra ilə istinad strukturu arasındakı nisbi hərəkət elektrik istehsal sistemini işlədir.
• Attenuator qurğuları: Dalğa istiqamətinə paralel uzanan çoxhissəli üzən strukturlardır. Hissələr arasındakı menteşəli hərəkətdən enerji əldə edilir.
• Salınan dalğa sürüşmə çeviriciləri: Adətən dayaz sularda dəniz dibinə menteşə ilə bağlanmış qanad və ya flap strukturu kimi işləyir. Dalğanın sürüşmə hərəkəti flapı döndərir və bu hərəkət enerjiyə çevrilir.

Hesabat dalğa enerjisi qurğularının əksəriyyətinin hələ TRL 4-6 aralığında olduğunu bildirir. TRL texnologiya hazırlıq səviyyəsi deməkdir. TRL 4-6 aralığı texnologiyanın laboratoriyada və ya uyğun mühitdə sınaqdan keçirildiyini, lakin tam kommersiya yetkinliyinə çatmadığını göstərir. Şəbəkəyə qoşulan bəzi nümayiş layihələri TRL 7-8 səviyyəsinə yaxınlaşıb; lakin sektor üzrə xərc, dayanıqlıq və texniki xidmət hələ əsas problemlərdir.

Dalğa enerjisi üçün istifadə olunan əsas fiziki düstur hesabatda belə verilir:

P = ρg² / 64π × H_s² × T_e

Bu düstur dərin suda dalğa cəbhəsinin vahid uzunluğu başına nəzəri dalğa gücünü təxmin etmək üçün istifadə olunur. Burada P dalğa gücünü, ρ dəniz suyunun sıxlığını, g cazibə sürətlənməsini, H_s əhəmiyyətli dalğa hündürlüyünü və T_e enerji periodunu ifadə edir. Düsturda ən diqqətçəkən məqam dalğa hündürlüyünün kvadratla təsir etməsidir. Yəni dalğa hündürlüyünün artması enerji potensialını xətti deyil, daha güclü şəkildə artırır.

Lakin hesabat sadə dalğa hündürlüyü və period hesablamalarının enerji potensialını olduğundan artıq göstərə biləcəyini vurğulayır. Buna görə spektral resurs xarakterizasiyası lazımdır. Çünki real dəniz mühitində dalğalar tək hündürlük və tək perioddan ibarət deyil; müxtəlif istiqamətlərdən gələn və müxtəlif tezliklərə malik dalğa komponentləri var. Qurğu dizaynında bu spektral quruluş nəzərə alınmasa, tutum əmsalı olduğundan yüksək, enerji xərci isə olduğundan aşağı qiymətləndirilə bilər.

Dalğa enerjisi xərcləri niyə hələ yüksəkdir?

Dalğa enerjisinin texno-iqtisadi qiymətləndirilməsində ən mühüm göstəricilərdən biri LCOE, yəni səviyyələndirilmiş enerji xərcidir. Hesabat dalğa enerjisinin LCOE dəyərlərinin zamanla azalma meyli göstərdiyini, lakin hələ də geniş aralıqlarda bildirildiyini göstərir. Erkən nümayiş mərhələsində 520-1.540 USD/MWh kimi çox yüksək aralıqlar görüldüyü halda, müasir ədəbiyyatda 310-570 USD/MWh kimi daha aşağı, amma rəqabət baxımından hələ çətin dəyərlər verilir. 2030 və 2035 proqnozlarında xərclərin müvafiq olaraq təxminən 165 USD/MWh və 110 USD/MWh səviyyəsinə enə biləcəyi gözlənilir.

Bu xərclərin yüksək olmasının səbəbi yalnız dalğa qurğusunun özü deyil. Hesabat göstərir ki, dalğa enerjisi layihələrində ümumi kapital xərcinin mühüm hissəsi dəniz infrastrukturu, quraşdırma, texniki xidmət, enerji ötürmə sistemi, bünövrə/fundament, kabellər və dəstək sistemlərindən yaranır. Məsələn, təmsilçi dalğa enerjisi layihəsində inkişaf xərcləri təxminən %6, WEC strukturu və əsas çevirici təxminən %33, balance-of-plant, yəni dəstək infrastrukturu təxminən %38, quraşdırma və istismara vermə təxminən %13, sökülmə isə təxminən %10 göstərilir.

Bu mənzərə bizə bunu göstərir: dəniz enerjisində qurğunun enerji çevirmə səmərəliliyi vacib olsa da, təkbaşına kifayət deyil. Qurğunu dənizə yerləşdirmək, bağlamaq, kabelləşdirmək, texniki xidmət göstərmək və fırtınadan qorumaq çox bahadırsa, enerji istehsal qurğusu yaxşı olsa belə layihə iqtisadi olmaya bilər. Buna görə hesabat dalğa enerjisi işlərində qurğu dizaynı qədər quraşdırma, texniki xidmət, sağqalma qabiliyyəti və infrastruktur xərclərinin də modelləşdirilməli olduğunu vurğulayır.

Okean axını enerjisi: Gulf Stream böyük imkan, lakin dərin su böyük maneədir

Hesabatın ikinci dəniz enerjisi mövzusu okean axını enerjisidir. ABŞ-ın Şərq Sahili üçün ən mühüm okean axını resursu Gulf Stream-dir. Gulf Stream Florida boğazından başlayaraq Şimali Karolina sahillərinədək şimala axan, daha sonra Cape Hatteras yaxınlığında şərqə yönələn güclü qərb sərhəd axınıdır.

Hesabat Gulf Stream daxilində ABŞ sahillərindən 200 mil məsafədə çıxarıla bilən gücün təxminən 18,6 GW və ya 163 TWh/il kimi qiymətləndirildiyini bildirir. Florida Current adlandırılan daha sıx və davamlı hissə üçün təxminən 5,1 GW, yəni 45 TWh/il dəyərindən bəhs edilir. Bu rəqəmlər nəzəri baxımdan çox diqqətçəkəndir. Lakin okean axını enerjisində resurs potensialı ilə praktik tətbiq qabiliyyəti arasında böyük fərq ola bilər.

Bunun səbəbi Gulf Stream-in ən güclü hissələrinin çox vaxt dərin sularda yerləşməsidir. Şimali Karolina sahillərində yüksək resurslu ərazilər 500-1.000 metr və ya daha çox su dərinliyi ilə əlaqəli ola bilər. Bu, sabit dibli bünövrələri çətinləşdirir və üzən, trosla bağlanan və ya dərin su lövbərləmə sistemlərinə ehtiyac yaradır. Dərin su eyni zamanda uzun sualtı kabellər, texniki xidmətə çıxış, qurğunun geri alınması və qasırğa şəraitində sağqalma kimi problemləri böyüdür.

Okean axını qurğuları hesabatda üç əsas ailəyə bölünür:

• Üfüqi oxlu okean axını turbinləri: Sualtı külək turbininə bənzər şəkildə birbaşa axından rotor fırlanma momenti yaradır.
• Dəniz axını uçurtmaları: Axın daxilində çarpaz hərəkət edərək mühit axınından daha yüksək görünən axın sürəti əldə edir.
• Koaksial əksfırlanan turbinlər: Eyni ox üzərində əks istiqamətdə fırlanan iki rotordan istifadə edərək reaktiv fırlanma momentini tarazlamağa çalışan erkən mərhələli qurğulardır.

Okean axını texnologiyalarında güc hesabının əsas məntiqi bu düsturla izah olunur:

P = 1/2 × ρ × A × v³

Burada P axındakı istifadə edilə bilən kinetik gücü, ρ dəniz suyunun sıxlığını, A rotorun süpürdüyü sahəni, v isə axın sürətini göstərir. Düsturda ən kritik məqam sürətin kubudur. Axın sürəti iki dəfə artsa, nəzəri güc səkkiz dəfə arta bilər. Real turbin gücü isə güc əmsalına vurulur:

P_turbin = 1/2 × ρ × A × v³ × C_p

C_pturbinin axındakı enerjinin nə qədərini mexaniki/elektrik gücünə çevirə bildiyini ifadə edən ölçüsüz güc əmsalıdır. Açıq axın rotorları üçün nəzəri maksimum Betz həddi təxminən 0,593-dür. Bu düstur kiçik sürət fərqlərinin okean enerjisi iqtisadiyyatında niyə çox böyük fərqlər yarada bildiyini izah edir.

Axın uçurtmaları niyə diqqət çəkir?

Hesabat okean axını qurğuları arasında xüsusilə dəniz axını uçurtmalarının xərc potensialına diqqət çəkir. Uçurtma tipli qurğular axında sabit dayanmaq əvəzinə çarpaz uçuş trayektoriyası izləyir. Bunun sayəsində qurğunun hiss etdiyi görünən axın sürəti ətraf axından bir neçə dəfə yüksək ola bilər. Güc sürətin kubu ilə əlaqəli olduğuna görə bu, kiçik kütləli qurğu ilə daha yüksək enerji sıxlığı əldə etmək imkanı yaradır.

Lakin bu texnologiya da hələ tam kommersiya yetkinliyinə çatmayıb. Hesabat Minesto Dragon sinfi kimi nümunələrin şəbəkəyə bağlı istismar baxımından mühüm mərhələlər keçdiyini bildirir. Bununla belə Gulf Stream kimi açıq okean şəraitində, dərin suda və qasırğa riski altında uzunmüddətli kommersiya sübutu hələ məhduddur. Buna görə axın uçurtmaları ümidverici, lakin hələ təsdiqlənməli texnologiya ailəsi kimi qiymətləndirilməlidir.

Hesabatın bu bölmədə verdiyi mühüm mesaj budur: okean axını enerjisində ən böyük sual yalnız “axın varmı?” deyil. Əsas sual həmin axının olduğu nöqtədə qurğunu iqtisadi, təhlükəsiz, texniki xidməti mümkün və ekoloji baxımdan qəbul edilə bilən şəkildə işlətməyin mümkün olub-olmamasıdır.

Qabarma-çəkilmə axını turbinləri: ən proqnozlaşdırıla bilən, lakin sahə baxımından ən məhdud resurs

Qabarma-çəkilmə axını turbinləri qabarma-çəkilmənin yaratdığı üfüqi su hərəkətindən enerji istehsal edir. Hesabat qabarma-çəkilmə enerjisinin ən böyük üstünlüyünün yüksək proqnozlaşdırıla bilməsi olduğunu vurğulayır. Külək və dalğa resursları meteoroloji şəraitdən asılı olaraq qeyri-müəyyənləşə bildiyi halda, qabarma-çəkilmə hərəkətləri astronomik şəkildə müəyyən edildiyinə görə aylar və illər əvvəl etibarlı şəkildə proqnozlaşdırıla bilər.

Bu xüsusiyyət qabarma-çəkilmə enerjisini şəbəkə planlaşdırması baxımından dəyərli edir. Çünki istehsal vaxtı daha etibarlı bilinən bərpa olunan resurs sistem operatoru üçün daha planlaşdırıla bilən ola bilər. Lakin bunun qarşılığında coğrafi məhdudiyyət var. İqtisadi qabarma-çəkilmə layihələri üçün kifayət qədər sürətli axın yaradan boğaz, kanal və ya dar sahil keçidlərinin sayı məhduddur.

Hesabat qabarma-çəkilmə resurslarını nəzəri səviyyədən tətbiq edilə bilən səviyyəyə doğru beşpilləli iyerarxiya ilə izah edir:

• Nəzəri resurs: Ərazidəki ümumi qabarma-çəkilmə enerjisi məzmunu.
• Texniki resurs: Çevirmə səmərəliliyi, şəbəkəyə çıxış, turbin qarşılıqlı təsirləri və turbulentlik kimi texniki məhdudiyyətlərdən sonrakı resurs.
• Praktik resurs: Su dərinliyi, minimum sürət, dəniz nəqliyyatı, hərbi zonalar, boru və kabel dəhlizləri kimi məhdudiyyətlərin əlavə edildiyi resurs.
• Əlçatan resurs: Hüquqi qaydalar, ekoloji normalar, planlaşdırma sahələri və ekoloji sərhədlərlə süzülmüş resurs.
• İqtisadi/tətbiq edilə bilən resurs: Bazar gəliri, xərc, miqyas, zamanlama və investisiya riski nəzərə alındıqdan sonra qalan realistik resurs.

Bu iyerarxiya enerji planlaşdırmasında çox mühüm fərqi göstərir. Xəritədə çox böyük görünən nəzəri resurs bütün texniki, ekoloji və iqtisadi məhdudiyyətlər əlavə olunduqda xeyli kiçik tətbiq edilə bilən resursa çevrilə bilər.

Qabarma-çəkilmə resurs analizində istifadə olunan mühüm düstur budur:

maxU = U_M2 + U_S2 + U_K1 + U_O1

Bu düstur sahədəki ən yüksək astronomik axın sürətini təxminən hesablamaq üçün əsas qabarma-çəkilmə komponentlərinin böyük ox amplitudalarını toplayır. M2 və S2 yarımgünlük qabarma-çəkilmə komponentlərini, K1 və O1 gündəlik qabarma-çəkilmə komponentlərini təmsil edir. Belə harmonik komponentlər qabarma-çəkilmənin müntəzəm və proqnozlaşdırıla bilən quruluşunu riyazi şəkildə təhlil etmək üçün istifadə olunur.

Qabarma-çəkilmə turbinlərinin güc əyrisi də sürətlə birbaşa əlaqəlidir. Müəyyən kəsilmə sürətindən aşağıda qurğu enerji istehsal etmir; kəsilmə sürəti ilə nominal sürət arasında güc sürətin kubu ilə artır; nominal sürətdən yuxarıda isə qurğu sabit nominal gücdə işləyir. Buna görə sahədəki sürət paylanması yalnız orta sürət deyil, turbinin neçə saat hansı sürət intervalında işləyəcəyi baxımından da vacibdir.

Yanalma və lövbərləmə sistemləri niyə enerji xərcinin mərkəzindədir?

Açıq dəniz enerji qurğuları, xüsusilə üzən dalğa qurğuları, okean axını uçurtmaları və üzən açıq dəniz külək turbinləri yerləşdikləri mövqedə sabit qalmalıdır. Bu vəzifə yanalma xətləri və lövbərləmə sistemləri ilə yerinə yetirilir. Hesabat göstərir ki, lövbər seçimi yalnız texniki detal deyil, layihənin xərci və tətbiq qabiliyyəti üçün birinci dərəcəli qərardır.

Lövbər seçimini müəyyən edən dörd əsas amil var:

• Su dərinliyi: Dərinlik artdıqca mooring xəttinin uzunluğu, dinamik yüklər və quraşdırma çətinliyi artır.
• Dəniz dibinin quruluşu: Gil, lil, qum, çınqıl, qaya və ya sərt zəmin müxtəlif lövbər növlərini tələb edir.
• Yanalma konfiqurasiyası: Catenary, taut və ya semi-taut xətlər lövbərə müxtəlif istiqamətlərdə yük ötürür.
• Layihə mooring yükü: Dalğa, külək, axın və ekstremal hadisələr altında lövbərin daşımalı olduğu son tutma qabiliyyəti.

Hesabat beş əsas lövbər sinfini araşdırır:

• Çəki/gravity lövbərləri: Öz çəkisi və dib sürtünməsi ilə tutunur.
• Vurulan svay lövbərləri: Zəminə vurulan polad svaylar vasitəsilə tutma qabiliyyəti yaradır.
• Sorma/suction lövbərləri: Dəniz dibinə sorma təzyiqi ilə yerləşən açıq uclu silindrik strukturlardır.
• Sürüklənərək basdırılan lövbərlər: Dəniz dibi boyunca çəkilərək zəminə basdırılır və xüsusilə üfüqi yüklərdə effektivdir.
• Şaquli yüklü lövbərlər: Uplift, yəni yuxarı dartma komponenti olan gərgin yanalma sistemlərində istifadə edilir.

Xərc hesablaması üçün hesabatın istifadə etdiyi əsas çərçivə belədir:

C_Tot = C_P&F + C_I&C

Burada C_Tot ümumi yanalma və lövbərləmə xərcini, C_P&F satınalma və istehsal xərcini, C_I&C isə quraşdırma və istismara vermə xərcini ifadə edir. Bu düstur sadə görünür, lakin arxasında çoxsaylı layihə dəyişənləri var: material kütləsi, vahid xərc, xətt sayı, lövbər sayı, qurğu sayı, gəminin gündəlik tarifləri, quraşdırma müddəti və su dərinliyi kimi amillər xərci müəyyən edir.

Gündəlik nümunə ilə düşünsək, dənizdəki enerji qurğusunu qayıq kimi sərbəst buraxmaq olmaz. O, daim eyni mövqedə qalmalı, kabeli və enerji ötürmə xəttini qoparmamalı, fırtınada sürüklənməməli və texniki xidmətə əlçatan olmalıdır. Buna görə lövbərləmə sistemi görünməyən, lakin layihənin təhlükəsizliyini və iqtisadiyyatını müəyyən edən əsas infrastrukturdur.

Elektrik infrastrukturu: enerjini istehsal etmək qədər sahilə daşımaq da çətindir

Açıq dəniz enerji layihələrində elektrik istehsal etmək təkbaşına kifayət deyil. İstehsal olunan elektrikin qurudakı şəbəkəyə təhlükəsiz, səmərəli və iqtisadi şəkildə daşınması lazımdır. Hesabat sualtı elektrik ötürmə sistemlərinin açıq dəniz enerji iqtisadiyyatında birinci dərəcəli xərc amillərindən biri olduğunu bildirir.

Hesabat üç əsas ötürmə arxitekturasını araşdırır:

• HVAC: Yüksək gərginlikli dəyişən cərəyan.
• HVDC-VSC: Gərginlik mənbəli çeviricili yüksək gərginlikli sabit cərəyan.
• LFAC: Aşağı tezlikli dəyişən cərəyan.

HVACən yetkin və qısa-orta məsafələrdə ən geniş yayılmış həll yoludur. Dənizdə istehsal olunan elektrik offshore transformator yarımstansiyasında gərginliyi artırıldıqdan sonra üçfazalı sualtı AC kabellərlə sahilə daşınır və quruda şəbəkəyə verilir. Lakin AC kabellərdə məsafə artdıqca tutumlu yükləmə cərəyanı problemi böyüyür. Bu, kabelin daşıya biləcəyi aktiv güc tutumunu azaldır və HVAC üçün praktik məsafə həddi yaradır.

HVDC-VSCuzun məsafə və yüksək gücdə üstünlük verir. Çünki DC kabellər AC kabellərdəki reaktiv güc problemini yaratmır. Lakin çevirici stansiyalar çox bahalıdır və hər iki ucdakı çevirmə itkiləri mövcuddur. Buna görə HVDC aşağı və ya orta miqyaslı dəniz enerjisi layihələrində iqtisadi olmaya bilər; daha çox uzun məsafə və yüksək güc kombinasiyalarında rəqabətqabiliyyətli olur.

LFACHVAC ilə HVDC arasında ara seçim kimi təqdim olunur. Daha aşağı tezlikdə işlədiyinə görə AC kabeldəki reaktiv güc problemini azalda bilər. Lakin açıq dənizdə geniş kommersiya sübutu yoxdur və xərc məlumatları daha məhduddur. Buna görə yaxınmüddətli dəniz enerjisi layihələrində əsas seçimdən çox gələcəkdə qiymətləndirilə biləcək aralıq arxitektura kimi görülür.

Hesabatın elektrik infrastrukturu baxımından mühüm mesajı budur: tipik erkən mərhələli dəniz enerjisi miqyaslarında, yəni onlarla MW-dan aşağı yüzlərlə MW-a qədər güc və onlarla kilometrlik məsafələrdə HVAC çox vaxt ən iqtisadi seçimdir. HVDC-VSC yalnız çox yüksək güc və uzun məsafə kombinasiyalarında önə çıxır. Üzən tətbiqlər isə dinamik kabel və üzən transformator yarımstansiyası kimi hələ fəal tədqiqat mövzusu olan əlavə problemlər yaradır.

Qasırğa və külək həssaslığı niyə bu qədər vacibdir?

ABŞ-ın Şərq Sahilində açıq dəniz enerji planlaşdırmasında qasırğa və ekstremal külək riski kritik mövzudur. Hesabatın enerji infrastrukturu həssaslığı bölməsi ötürmə qüllələrinin, keçiricilərin və paylayıcı dirəklərin ekstremal külək altında zədələnmə ehtimalını araşdırır. Belə analizlərin məqsədi müəyyən külək sürətində komponentin zədələnmə ehtimalını hesablamaqdır.

Həssaslıq analizində geniş istifadə olunan funksional forma loqnormal həssaslıq əyrisidir:

P(DS | IM) = Φ[(ln(IM) − ln(m)) / β]

Bu düsturda P(DS | IM)müəyyən intensivlik ölçüsündə zədələnmə vəziyyətinin aşılma ehtimalını göstərir. IM adətən külək sürəti kimi təhlükə intensivliyi ölçüsüdür. m median tutumu, β loqarifmik standart sapmanı, Φ isə standart normal kumulyativ paylanma funksiyasını ifadə edir.

Bu düsturun gündəlik mənası budur: külək sürəti artdıqca infrastruktur komponentlərinin zədələnmə ehtimalı yüksəlir; lakin bu artım dəqiq hədd kimi deyil, ehtimal əyrisi şəklində modelləşdirilir. Eyni külək sürətində iki fərqli qüllə və ya dirək yaş, material, geometriya, texniki xidmət vəziyyəti və birləşmə xüsusiyyətlərinə görə fərqli zədələnmə ehtimalına malik ola bilər.

Hesabat ədəbiyyatda polad qəfəs ötürmə qüllələri, keçiricilər və paylayıcı dirəklər üçün tədqiqatlar olduğunu, lakin müasir ötürmə infrastrukturunda getdikcə daha çox istifadə edilən polad monopollar üçün dərc olunmuş həssaslıq modellərinin çatışmadığını vurğulayır. Bu mühüm boşluqdur. Çünki açıq dəniz və ya sahilyanı enerji infrastrukturunda istifadə edilən dirək və qüllə növləri ənənəvi quru daxili sistemlərdən fərqli ola bilər.

Hesabat həmçinin müxtəlif külək təhlükələrinin eyni şəkildə qiymətləndirilə bilməyəcəyini göstərir. Qasırğa və tayfunlar geniş ərazidə saatlar və ya günlərlə davam edən yüksək külək hadisələridir. Tornadolar daha qısa müddətli, lakin çox lokal və daha yüksək pik sürətlidir. Downburst hadisələri isə fırtına daxilində aşağı istiqamətli hava axınlarından yaranaraq yer səthinə yaxın maksimum külək sürətləri yarada bilən intensiv hadisələrdir. Külək-yağış və ya külək-temperatur birgə təsirləri də infrastruktur davranışını dəyişə bilər.

Ekoloji risklər: enerji sahəsi eyni zamanda yaşayış mühitidir

Hesabatın ekoloji qiymətləndirmə bölməsi açıq dəniz enerji planlaşdırmasının ən həssas məsələlərindən birini araşdırır. Dəniz yalnız enerji mənbəyi deyil; eyni zamanda dəniz məməliləri, dəniz tısbağaları, balıqlar, quşlar, bentik canlılar və mürəkkəb habitatlar üçün yaşayış mühitidir. Buna görə enerji sahəsi seçərkən yalnız resurs sıxlığına baxmaq olmaz.

Hesabat dəniz enerjisi qurğularının vəhşi təbiətə potensial təsirlərini müxtəlif risk başlıqları üzrə araşdırır:

• Toqquşma riski,
• Dolaşma riski,
• Səs-küy çirklənməsi,
• İşıq təsirləri,
• Elektromaqnit sahələr,
• Süni rif təsiri,
• Dəniz dibinin pozulması,
• Enerji çıxarılması səbəbindən fiziki mühit dəyişiklikləri,
• Material və ya antifouling mənşəli kimyəvi sızma riskləri.

Hesabatın xülasəsinə görə əksər dəniz növləri üçün qurğu ilə birbaşa toqquşma riski ümumilikdə aşağı hesab edilir; lakin tikinti və texniki xidmət zamanı artan gəmi hərəkəti xüsusilə balinalar və dəniz tısbağaları üçün ən mühüm toqquşma təhlükəsidir. Bu çox vacib məqamdır: risk həmişə enerji qurğusunun fırlanan hissəsindən yaranmır; layihənin həyat dövründə gəmi hərəkətləri də ciddi təsirlər yarada bilər.

Dolaşma riski isə xüsusilə yanalma xətləri və kabellərlə əlaqəlidir. Boş catenary xətlər bığlı balinalar kimi iri növlər üçün daha çox narahatlıq yarada bilər. Gərgin və şaquli xətlər adətən dolaşma baxımından daha aşağı riskli hesab edilir. Bu, ekoloji riskin mühəndislik dizaynı ilə birbaşa bağlı olduğunu göstərir. Yəni eyni enerji qurğusu müxtəlif yanalma konfiqurasiyalarında daha yüksək və ya daha aşağı ekoloji risk daşıya bilər.

Səs-küy təsirləri də növlərə görə dəyişir. Dəniz tısbağaları aşağı tezliklərə həssas ola bilər, dişli balinalar və delfinlər isə daha yüksək tezlikləri qavraya bilər. İstismar turbinlərinin səsi bəzi qurğularda təxminən kilometr miqyasında hiss edilə bilər; lakin empirik məlumat hələ məhduddur. Tikinti zamanı svay vurma kimi ani və intensiv səslər isə xüsusilə yaxın məsafədə daha ciddi təsir yarada bilər.

Hesabat hüquqi və məkan məhdudiyyətlərini də araşdırır. Endangered Species Act məsləhətləşmə əraziləri, Marine Protected Areas, Essential Fish Habitat, hərbi zonalar, dəniz nəqliyyatı xətləri və balıqçılıq sıxlığı kimi laylar enerji portfeli modelinə istisna və ya şərti məhdudiyyət kimi inteqrasiya edilməlidir. Bu yanaşma enerji planlaşdırmasını real dünyadakı icazə və ekoloji uyğunluq şərtlərinə yaxınlaşdırır.

Modelləşdirmə alətləri və məlumat mənbələri: niyə yeni portfel çərçivəsinə ehtiyac var?

Hesabatın son əsas bölməsi enerji sistemi modelləşdirmə alətlərini və məlumat mənbələrini araşdırır. TIMES, MESSAGE, OSeMOSYS, PyPSA, Switch və GenX kimi enerji sistemi modelləşdirmə çərçivələri əsasən quru əsaslı enerji texnologiyaları üçün hazırlanıb. Bu alətlər açıq dəniz resurslarını çox vaxt kobud və ya sadələşdirilmiş şəkildə təmsil edir.

NREL-in System Advisor Model, yəni SAM aləti dalğa və qabarma-çəkilmə qurğuları da daxil olmaqla ayrı-ayrı bərpa olunan enerji layihələri üçün ətraflı texno-iqtisadi modelləşdirmə təmin edə bilər. Lakin hesabata görə SAM daha çox tək layihə səviyyəsində işləyir; çoxtexnologiyalı və sahə səviyyəli portfel optimallaşdırması üçün kifayət etmir.

Bu boşluq xüsusi məqsədli portfel optimallaşdırma çərçivəsi ilə Temoa-nın birlikdə istifadəsini əsaslandırır. Portfel çərçivəsi ABŞ-ın Şərq Sahili boyunca sahə səviyyəsində açıq dəniz küləyi, dalğa enerjisi və okean axını texnologiyalarını HVAC və HVDC sualtı ötürmə variantları ilə birlikdə optimallaşdırmağı hədəfləyir. Temoa isə açıq mənbə quruluşu, stoxastik proqramlaşdırma dəstəyi və alternativ model yaratma qabiliyyətinə görə seçilib.

Məlumat mənbələri arasında NOW-23 açıq dəniz külək məlumatı, WPTO Wave Hindcast dalğa məlumatı, HYCOM okean axını məlumatı, U-TIDE harmonik analizi, PRIMRE və onun məlumat mərkəzləri olan Tethys, MHKDR və Marine Energy Atlas kimi mənbələr yer alır. Bu mənbələr yalnız enerji istehsal potensialını deyil, ekoloji ədəbiyyatı, xam tədqiqat məlumatlarını və coğrafi layları da dəstəkləyir.

Şəkillər nə göstərir?

Hesabatın vizualları mətndəki çoxqatlı planlaşdırma məntiqini dəstəkləyir. Figure 1.1ədəbiyyat icmalını altı əsas sahəyə bölən quruluşu göstərir. Bu şəkil araşdırmanın yalnız texnologiya icmalı olmadığını; yanalma, elektrik infrastrukturu, ekoloji risk və modelləşdirmə alətlərini birlikdə düşündüyünü vizuallaşdırır.

Figure 1.2hesabatın coğrafi əhatəsini göstərir və ABŞ-ın Şərq Sahilini fokus bölgə kimi işarələyir. Bu xəritə araşdırmanın ümumi qlobal dəniz enerjisi icmalı deyil, konkret sahil sistemi və resurs coğrafiyası üçün bilik bazası yaratdığını göstərir.

Figure 3.1ABŞ-ın Şərq Sahili boyunca orta dalğa enerjisi axınını göstərir. Xəritədə Cape Hatteras, Cape Lookout və Cape Fear ətrafındakı sahələrin dalğa enerjisi baxımından daha diqqətçəkən olduğu görünür. Bu sahələrin bəzi açıq dəniz külək icarə zonaları ilə üst-üstə düşməsi hibrid külək-dalğa infrastrukturu ideyasını dəstəkləyir.

Figure 3.2dalğa enerjisi çevirici arxitekturalarını göstərir: surface attenuator, point absorber, oscillating wave surge converter və oscillating water column. Bu vizual dalğa enerjisinin tək qurğu tipindən ibarət olmadığını; müxtəlif dalğa hərəkətlərini müxtəlif mexaniki yollarla tutan qurğu ailələrinin mövcud olduğunu aydın göstərir.

Figure 3.4dalğa enerjisi LCOE dəyərlərinin 2015-2035 aralığında azalacağı gözləntisini göstərir. Bu qrafik texnologiyanın bu gün bahalı olsa da miqyaslanma, standartlaşma və texniki xidmət strategiyaları ilə xərc azaldılması potensialı daşıdığı fikrini dəstəkləyir. Lakin bu proqnozların fərziyyələrdən asılı olduğu unudulmamalıdır.

Figure 3.5