1. Giriş
Düşük-karbon ekonomisi geliştirmeye küresel odaklanma ve Çin'in önerdiği "çift-karbon" hedefi karşısında, temiz ve sürdürülebilir bir yenilenebilir enerji kaynağı olarak rüzgar enerjisi, dünya çapındaki hükümetler ve enerji devleri için odak noktası haline geldi. Karadaki rüzgar santrallerinin sürekli inşası, giderek olgunlaşan teknoloji ve düşen maliyetlerle birlikte, karadaki rüzgar enerjisi hızla gelişti ve küresel yeni kurulan karadaki rüzgar enerjisi kapasitesi yalnızca 2019'da 61,8 GW'a ulaştı. Bununla birlikte, kıyıdaki kullanılabilir arazi ve rüzgar enerjisi kaynaklarıyla sınırlı olan açık deniz rüzgar enerjisi, giderek bir gelişme eğilimi haline geldi. Özellikle, Çin'in güneydoğu kıyı bölgeleri ekonomik olarak gelişmiştir,-köklü bir elektrik şebekesine ve bol miktarda açık deniz rüzgar enerjisi kaynaklarına sahiptir; bu da onları büyük-ölçekli geliştirme ve açık deniz rüzgar enerjisinin şebeke bağlantısı için son derece uygun kılmaktadır.
2. Açık Deniz Rüzgar Enerjisi Sektörünün Mevcut Durumu
2020 yılında, küresel yeni bağlanan açık deniz rüzgar enerjisi kapasitesi 6 GW'ı aştı; bu da yaklaşık 2019'dakiyle aynıydı. On yıl önce, 2010'da, küresel yeni kurulan açık deniz rüzgar enerjisi kapasitesi 1 GW'ın altındaydı. Bu arada, küresel yeni kurulan rüzgar enerjisi kapasitesinde offshore rüzgar enerjisinin payı da 2010'daki %2,5'tan şu anda %7'ye yükseldi.
2.1 Yurtdışı Açık Deniz Rüzgar Enerjisi Sektörünün Mevcut Durumu ve Eğilimleri
Yeni kurulan kapasiteye göre ülkelerin sıralaması açısından, 2020 yılında küresel olarak ilk beş açık deniz rüzgar enerjisi pazarı Çin, Hollanda, Belçika, İngiltere ve Almanya oldu. Sektör uzmanları, küresel offshore rüzgar enerjisi pazarının 2020 ile 2025 arasında yıllık ortalama %30'un üzerinde bir büyüme oranı yaşayacağını öngörüyor. Bu değerlendirme aşağıdaki nedenlere dayanmaktadır:
01
Açık deniz rüzgar enerjisi maliyetlerindeki hızlı düşüş, açık deniz rüzgar türbinlerinin boyutlarının artmasından kaynaklanmaktadır (bkz. Şekil 2-1), bu da ön yatırım ve sonraki işletme ve bakım maliyetlerinden önemli ölçüde tasarruf sağlayabilir.
Şekil 2-1 Açık Deniz Rüzgar Türbinlerinin Küresel Gelişim Eğilimleri
Veri kaynağı: GWEC Piyasa Veri Platformu, Ağustos 2020
02
Dünyanın dört bir yanındaki hükümetlerin offshore rüzgar enerjisi geliştirme hedeflerini yükseltmesiyle birlikte Çin, Vietnam, Japonya ve Güney Kore'den oluşan Asya pazarlarının hızlı bir büyüme görmesi bekleniyor. Avrupa pazarında, offshore rüzgar enerjisini güçlü bir şekilde geliştirmeye devam eden Batı Avrupa ülkelerinin yanı sıra, Doğu Avrupa ülkeleri de offshore rüzgar enerjisi tesislerinin inşasına başlayacak. Ayrıca, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki ilk büyük-ölçekli açık deniz rüzgar santrali 2023 yılında şebekeye bağlanacak.
03
Yüzer rüzgar enerjisinin sanayileşmesi (bkz. Şekil 2-2), yüzer temel yapısının 50 ila 200 metre su derinliğine sahip derin deniz alanları için uygun olması nedeniyle daha geniş bir uygulama alanına sahip olacaktır. Dünya Enerji Raporu'na göre, yüzen rüzgar enerjisinin küresel kurulu kapasitesi 2030 yılına kadar 8 ila 10 GW'a ulaşacak.
Şekil 2-2 Yüzen açık deniz rüzgar çiftliğinin şematik diyagramı
2.2 Çin Açık Deniz Rüzgar Enerjisi Sektörünün Mevcut Durumu
Çin'in açık deniz rüzgar enerjisi endüstrisi nispeten geç başladı ancak son yıllardaki gelişimi son derece hızlı oldu. 2018 yılından bu yana, Çin'in yeni kurulan açık deniz rüzgar enerjisi kapasitesi sürekli olarak diğer ülkelere öncülük ediyor. Özellikle 2020 yılında Çin'in yeni bağlanan şebeke kapasitesi ilk kez 3GW'ı aştı. Kümülatif kurulu kapasiteye dayalı olarak Çin, 2020 sonu itibarıyla Almanya'yı geride bırakarak dünyanın-en büyük ikinci açık deniz rüzgar enerjisi pazarı haline geldi. Çeşitli ülkelerdeki açık deniz rüzgar enerjisi büyüme oranlarına dayanan tahminlere göre Çin, 2021'de dünyanın en büyük açık deniz rüzgar enerjisi pazarı olarak Birleşik Krallık'ın yerini aldı.
2.2.1 Kurulu kapasitenin ve şebeke bağlantısının ölçeği büyümeye devam ediyor.
Çin'in ilk büyük-ölçekli açık deniz rüzgar enerjisi projesi olan ve 2006 yılında başlayan ve 2008 yılında inşaatına başlanan Şangay Donghai Köprüsü Açık Deniz Rüzgar Enerjisi Projesi, toplam kurulu kapasitesi 102 MW olan 34 adet yurt içinde üretilmiş 3MW açık deniz rüzgar türbini ünitesini başarıyla kurdu ve böylece Çin'de açık deniz rüzgar enerjisinin geliştirilmesinin başlangıcını açtı.
2016 yılında Ulusal Enerji İdaresi, Rüzgar Enerjisini Geliştirmeye İlişkin 13. Beş{{2}Yıllık Plan'ı yayınladı ve açık deniz rüzgar enerjisinin gelişimini teşvik etmek için bir dizi önemli olumlu politika başlattı. Bu aynı zamanda Çin'de açık deniz rüzgar enerjisi gelişiminin "proje gösterimi"nden "hızlı gelişim" aşamasına geçtiği anlamına da geliyor.
2020 yılında, açık deniz rüzgar enerjisi projeleri kritik bir acil kurulum dönemine girdi. İstatistiklere göre, yılın ilk yarısında 11'i yeni başlayan, 3'ü şebekeye tam bağlantılı olmak üzere 12 milyon 72 bin 800 kilovat kurulu güce sahip 30 proje aynı anda inşaat halindeydi.
2.2.2 Rüzgar türbinlerinin tek ünite kapasitesi yıldan yıla artmaktadır.
2019 sonu verilerine göre, tek ünite kapasitesi açısından 4MW'lık üniteler en büyük kümülatif kurulu kapasiteye sahipken, 5MW'lık üniteler offshore rüzgar enerjisi projeleri için ana model haline geldi (bkz. Şekil 2-3).
12 Temmuz 2020'de Çin'in ilk 10 MW'lık rüzgar türbini başarıyla şebekeye bağlandı ve Fujian Eyaletindeki Xinghua Körfezi açık deniz rüzgar çiftliğinde elektrik üretti ve Çin'deki tek bir açık deniz rüzgar türbininin kapasitesi açısından yeni bir rekor kırdı. Rüzgar türbini üreticilerinin geliştirme planları açısından bakıldığında, 8MW yeni bir başlangıç noktası haline geldi ve 10MW ve üzeri büyük-ölçekli açık deniz rüzgar türbinleri temel geliştirme modelleri olarak listelendi.
Şekil 2-3 2019 Yılı Sonunda Çin'deki Açık Deniz Rüzgar Türbini Kapasitesinin Yüzdesi
2.2.3 Açık deniz rüzgar enerjisi inşaatı, yavaş yavaş kıyıya yakın sığ sulardan derin-deniz ve derin-su alanlarına doğru kayıyor.
2019 sonu itibarıyla Çin'de onaylanmış toplam offshore rüzgar enerjisi kapasitesi 35 milyon kilowatt'a ulaştı. Bunlar arasında Jiangsu ve Guangdong, 10 milyon kilowatt'ı aşan kapasiteleri onaylarken Fujian ve Zhejiang, 3 milyon kilovat'ı aşan kapasiteleri onayladı. Gelecekteki geliştirmeler için mevcut kıyıya yakın-kaynaklar sınırlıdır; Çin'in ise gelecekte açık deniz rüzgar enerjisi gelişiminin odak noktası haline gelmesi beklenen, işletilebilir derin-deniz sularından oluşan geniş bir alanı vardır.
3. Açık deniz rüzgar santrallerindeki endüstriyel Ethernet anahtarları için donanım gereksinimleri
Açık deniz rüzgar türbinleri ve açık deniz trafo merkezleri, karadan onlarca kilometre uzakta, son derece zorlu ortamlarda inşa edilir. Bu durum, başta güvenilirlik, tuz serpintisine karşı direnç, yüksek ve düşük sıcaklıklar ve elektromanyetik girişime karşı dayanıklılık olmak üzere, ekipmana, özellikle de çekirdek iletişim ekipmanına çok yüksek talepler getirmektedir. Ayrıca açık deniz ekipmanı bakımı, hava koşulları, denizcilik düzenlemeleri ve gemilerin konuşlandırılması nedeniyle kısıtlanmakta, bu da hem acil durum hem de rutin bakımları son derece öngörülemeyen zamanlamayla son derece zorlaştırmaktadır. Bu, Ethernet anahtarlarının kararlı ve güvenilir çalışmasına yönelik son derece yüksek talepler doğurur.
3.1 Güvenilirlik gereksinimleri
Ekipman güvenilirliğinin birkaç temel göstergesi:
1) Arızaya Kadar Ortalama Süre (MTTF)
2) Arızalar Arasındaki Ortalama Süre (MTBF)
3) Ortalama Onarım Süresi (MTTR)
3.1.1 MTBF göstergesi
Endüstriyel Ethernet anahtarları için en önemli performans göstergelerinden biri Arızalar Arasındaki Ortalama Süredir (MTBF). En yaygın kabul gören ve yetkili standartlar MIL-HDBK-217, GJB/Z299B ve Bellcore'dur. Çoğu yabancı endüstriyel anahtar markası, referans standardı olarak Amerikan MIL-HDBK 217F'yi kullanır ve ürünün MTBF'sinin tasarım gereksinimlerini karşılayıp karşılamadığını doğrulamak için AR-GE ve üretim testleri sırasında HALT (Yüksek-Hızlandırılmış Ömür Testi) ve HASS (Yüksek Hızlandırılmış Stres Taraması) testlerini kullanır. Çoğu endüstriyel Ethernet anahtarının MTBF'si 20 yıldan fazladır, hatta bazıları 50 yılı da aşmaktadır.
HALT (Yüksek Hızlandırılmış Ömür Testi), esas olarak ürün araştırma ve geliştirme tasarım aşamasında kullanılır. Ürünlerdeki potansiyel kusurların ortaya çıkarılmasında etkilidir ve tasarım mühendisleri için ürün güvenilirliğini artırmada önemli bir test yöntemidir.
HASS (Yüksek Derecede Hızlandırılmış Stres Taraması), ürünlerin operasyonel veya yıkıcı sınırlarını belirlemek için HALT testini geçtikten sonra üretim hattında-gerçekleştirilen yüksek-hızlandırılmış bir stres tarama işlemidir. Ürünlerin %. 100 taramaya katılması gerekir. Amacı, üretilen ürünlerin herhangi bir gizli kusur içermemesini sağlamak veya en azından bu kusurları, ürünler fabrikadan çıkmadan önce tespit edip gidermektir. HASS, kusurlu ürünleri kısa sürede bulmak, düzeltici eylem döngüsünü kısaltmak ve aynı sorunlara sahip ürünleri belirlemek için hızlandırılmış stresi kullanır.
3.1.2 MTTR göstergesi
Açık deniz rüzgar santrali sahaları için tipik gereksinimler şunlardır: Üretici tarafından sağlanan Ortalama Onarım Süresi (MTTR), yönetim destek süresi ve teslimat süresi dikkate alınmadığında genellikle 0,5 ila 1 saattir; Arızalı fişlerin teşhis edilmesi (veya incelenmesi) ve güncellenmesi için gereken süre 30 dakikadan az olmalıdır.
Endüstriyel anahtarda donanım arızası yaşanırsa ve yönetim destek süresi ve teslimat süresi dikkate alınmazsa ve yalnızca basit bir değişim gerekiyorsa, çoğu durumda endüstriyel anahtar ürünü, müşterinin MTTR gereksinimlerini karşılayacak şekilde 1 saat içinde değiştirilebilir.
3.2 Korozyon direnci gereksinimleri
Denizcilikteki çalışma ortamının önemli bir özelliği, yüksek tuz püskürtme seviyesidir. Endüstriyel Ethernet anahtar ürünlerinin, zorlu deniz ortamında uzun süre istikrarlı ve güvenilir bir şekilde çalışabilmesi için, G3 koruma seviyesine ulaşmak ve ISA-S71.04-1985 (sınıflandırma G3- Hash Grup A) ve EN60068-2-60 Yöntem 4 standartlarının gerekliliklerine tam olarak uymak için devre kartı koruyucu kaplama tasarımı sağlaması gerekir.
İlk açık deniz rüzgar santrallerinde çok sayıda anahtar arızası yaşandı. Anahtar mahfazaları açıldığında devre kartlarında gözle görülür yanık izleri bulundu. Bunun bir nedeni, bu anahtarların koruyucu bir kaplamaya sahip olmamasıydı.
3.3 Yüksek ve düşük sıcaklık gereksinimleri
Farklı açık deniz rüzgar santralleri farklı enlemlerde bulunduğundan iklim koşulları büyük ölçüde farklılık gösterir. Örneğin, kışın Dalian'daki Zhuanghe açık deniz rüzgar çiftliğinde en düşük sıcaklık -15 santigrat dereceye ulaşabilirken, yaz aylarında Zhanjiang'daki Xuwen açık deniz rüzgar çiftliğinde en yüksek sıcaklık 38 santigrat dereceye ulaşabiliyor. Rüzgar türbini kulelerinin içindeki sıcaklık, dış sıcaklıktan bile daha yüksek olabilir. Bu nedenle endüstriyel anahtarların normal çalışma sıcaklığına çok yüksek gereksinimler getirilmektedir.
Piyasadaki çoğu endüstriyel anahtar üreticisi, anahtarlarının çalışma sıcaklıklarını -40 derece ila +70 derece, hatta -40 derece ila +85 derece arasında listelese de, bu rakamlar kısa-laboratuvar testlerinden elde edilmiştir. Örneğin, saygın bir yerel test kurumunun test gereklilikleri, yüksek sıcaklıktaki ortamlarda, anahtarın açıkken çevresel test odasının ortasına yerleştirilmesi ve sıcaklığın 70 dereceye yükseltilip 2 saat boyunca muhafaza edilmesi gerektiğini belirtir. Cihaz +70 derece sıcaklıkta normal şekilde çalışmalı ve saklama ve iletme oranı %100'e ulaşmalıdır. Bu gereklilik karşılanırsa, anahtar kabul edilebilir (nitelikli/kabul edilebilir) olarak kabul edilir.
Aynı düşük sıcaklıktaki-ortam için teknik gereksinimler şu şekildedir: Anahtar, açıkken çevresel bir test odasının ortasına yerleştirilir ve sıcaklık -40 dereceye düşürülür ve ardından 2 saat boyunca bu sıcaklıkta tutulur. Cihaz, %100 saklama ve iletme oranıyla -40 derecede normal şekilde çalışmalıdır; -40 derecede de normal şekilde başlayabilmelidir. Bu gereklilikler karşılanırsa, 合格 (nitelikli/kabul edilebilir) olarak kabul edilir. Bu nedenle test yalnızca bu aşırı sıcaklık altında 2 saat boyunca stabil çalışıp çalışmadığını doğruluyor.
Açık deniz rüzgar santrallerindeki endüstriyel anahtarların bu tür aşırı sıcaklıklara dayanması gerekmese de, zorlu sıcaklık ortamlarında uzun süre boyunca sürekli olarak çalışmaları gerekir ve hatta diğer dış ortamlardan kaynaklanan ek olumsuz etkilere bile maruz kalabilirler. Yalnızca zamana karşı dayanıklı olan endüstriyel anahtarların açık deniz rüzgar santrallerinin yüksek ve düşük sıcaklık gereksinimlerini karşıladığı söylenebilir.
(Devam edecek)