I takt med att vindkraftverk blir allt mer bekanta sevärdheter längs strandlinjerna, utvecklare av flytande plattformar till havs, som utnyttjar de kraftiga vindarna längre ut i havet, strävar efter att etablera sin teknik som en viktig livskraftig källa till ren energi.

Bottenfixerade havsbaserade vindkraftverk – med fundament i havsbotten – möter djupbegränsningar och kan endast användas i relativt grunda kustvatten.

Flytande offshoreplattformar kan istället byggas och installeras i nästan vilken marin miljö som helst. De är billigare att köra och installera, mer miljövänligt för livet i havet, och ha större effekt, enligt dem bakom teknikerna.

Vad mer, Genom att placera turbinerna väl till havs utsätts de för kraften från starkare vindar.

"Ju längre du kommer från kusten, ju mer vind du normalt får, sa José Pinheiro, projektkoordinator för energibolaget EDP Renewables.

Kommersiell lönsamhet

Energibolaget ingår i WindPlus-konsortiet, inrättad av Energias de Portugal, REPSOL och Principle Power Inc., som har säkrat ett lån på 60 miljoner euro från Europeiska investeringsbanken under instrumentet InnovFin Energy Demonstration Projects.

Detta kommer att tillåta det att skala upp ett pilotdemonstrationsprojekt, WindFloat, och ta ut den till djupare vatten.

"Med denna WindFloat-teknik har du möjligheten att utnyttja vinden där du har den som mest, " sade Pinheiro, tillade att detta innebar att det fanns många fler potentiella platser än vad som är tillgängliga för bottenfixerad vindkraft.

En studie från 2017 visade att vindkraftsproduktion över vissa havsområden kan överstiga elproduktionen på land med en faktor tre eller mer. Dock, Tekniken är för det mesta fortfarande i testfasen eftersom baserna för flytande turbiner måste konstrueras annorlunda än sina motsvarigheter nära kusten.

Pinheiro sa att den nya finansieringen för WindFloat Atlantic-projektet, ska installeras på en plats utanför Portugals norra kust, är avgörande för att visa teknikens kommersiella hållbarhet. Det är också ett långsiktigt test av dess tekniska egenskaper under tuffa förhållanden.

Den tre kolumnen, halvt nedsänkbar plattform kommer att monteras med en 8,4 megawatt turbin, flyter i vatten 85 till 95 meter djupt. Den är förankrad på tre punkter, som är vanligt för olje- och gasproduktionsanläggningar på djupt vatten.

"Att skala upp kan minska enhetskostnaderna mycket, så vi bidrar verkligen till att visa att flytande till havs kan uppnå de mål som har satts upp för det, ", sa Pinheiro. "Det kan också visa teknikens konvergens med affärsmöjligheter runt om i världen."

WindFloat Atlantic försöker dra fördel av konstruktion och montering på land för att minska kostnaderna, och det är inte ensamt om att välja den vägen.

Hybrid flöte

Ocean Flow Energy, baserad i nordöstra England, leder FLOWSPA-projektet för att utveckla en ny havsbaserad vindstödsplattform – Starfloat – baserad på två välkända plattformssystem som används vid olje- och gasproduktion till havs.

Projektkoordinator Graeme Mackie säger att deras design består av en flytande runda, en struktur som används vid oljeproduktion på djupt vatten som ser ut som ett torn som flyter (vertikalt) i havet som är förtöjt av kedjor och ankare i havsbotten.

I vanliga fall, bjälkar måste nedsänkas i extremt djupt vatten, så för att minska detta krav, teamet har lagt till en halvt nedsänkt flytkraft som består av flera flottörer som omger halsen på rundan vid vattenlinjen och håller den upphöjd. Denna hybrid uppfyller kraven på stabilitet och rörelse även i tuffa miljöer.

FLOWSPA-ingenjörer tog fram en monteringsstrategi som gör att plattformen enkelt kan byggas på befintliga landbaserade varv, och värvar de lokala ekonomierna, som har varit på tillbakagång i många delar av världen. Turbinen bogseras sedan ut till djupt vatten.

Enkelheten i designen, användningen av befintliga varvsanläggningar och närliggande montering snarare än byggandet av fasta installationer på plats, samt den billigare implementeringen av hela plattformen, alla bidrar till att minska kostnaderna, sa Mackie.

Deras mål är att generera el till cirka 60 euro per megawattimme – konkurrenskraftigt med nuvarande vindkraftsparker på land – för en storskalig anläggning.

'(Detta) är möjligt om du bygger dessa enheter i seriös produktion, " tillade Mackie.

För att snabbt få igång plattformar för djuphavsvind, det spanska SATH-projektet har tagit en annan inställning till sin design, som består av ett dubbelskrov med nedsänkta plattor, och är byggd mestadels av betong, snarare än stål.

Den byggs och monteras på land och bogseras sedan till sitt slutliga läge och kopplas – vid en enda punkt – till förinstallerade förtöjningskedjor.

"Den kan rotera runt, så den är alltid vänd mot vinden, sa David Carrascosa, teknisk chef på Saitec Offshore Technologies, koordinator för projektet. "Den mekaniska anslutningen (för förtöjningspunkten) är genom ett lager, och den elektriska anslutningen genom en roterande elektrisk svivel."

Med en enda anslutningspunkt och kraftöverföringskablar ute till havs kan plattformen snabbt kopplas till förtöjningsinfrastrukturen.

Att kunna bygga på land och snabbt installera plattformarna innebär att SATH kringgår de kostsamma väderproblem som kan störa mer tidskrävande och komplicerade installationer.

Carrascosa sa att plattformens material och konstruktionsmetod, använda lokala resurser, betyder att den kan masstillverkas på platser runt om i världen, nära där vindkraftverken ska sättas ut.

Havsliv

Med lägre kapital- och driftskostnader kommer stora kostnadsbesparingar under plattformens livstid, särskilt på djup större än cirka 50 meter.

"Genom att göra flytande vindproduktion till havs mer konkurrenskraftig, vi kan se en stor marknad framför oss, och det är ett mål för oss alla, sa Carrascosa.

Trots projektens olika förhållningssätt till teknik och material, alla säger att de har anammat metoder för konstruktion och installation som minskar deras inverkan på livet i havet, jämfört med fasta installationer.

Med mycket av konstruktionen och monteringen utförd på land eller i närheten, projekten kan minimera de bullernivåer som forskare anger som ett stort problem för marina däggdjur. Carrascosa sa att störningar också minskas genom att man undviker behovet av att bädda in större strukturer i havsbotten.

"Människor (i branschen) är verkligen medvetna om dessa problem som påverkar däggdjuren och det är något du kan undvika genom att använda flytande lösningar, " han lade till.