浮式海上風(fēng)電：離岸更遠(yuǎn)，捕獲更大的能量

文 | Sebastian Bringsv?rd

浮式海上風(fēng)電：離岸更遠(yuǎn)，捕獲更大的能量

文 | Sebastian Bringsv?rd

挪威國家石油公司（簡稱“挪威國油”）的浮式海上風(fēng)電技術(shù)突破了水深的限制，拓寬了整個海上風(fēng)電行業(yè)的市場及應(yīng)用領(lǐng)域。2017年1月，挪威國油著手開發(fā)世界首個浮式海上風(fēng)電場——蘇格蘭“海風(fēng)”（Hywind）風(fēng)電場。該風(fēng)電場位于蘇格蘭東北海岸，平均風(fēng)速達10.1m/s，由5臺單柱浮式基座各裝配6MW機組組成，總裝機容量3萬千瓦，預(yù)計于2017年10月投入使用。

“海風(fēng)”浮式機組的特征優(yōu)勢：

?簡單易組裝的基底結(jié)構(gòu)；

?靈活的設(shè)計，可以適用于臺風(fēng)環(huán)境；

?能夠優(yōu)化性能的槳葉控制系統(tǒng)；

?作業(yè)水深最深可達到700m；

?實地應(yīng)用證明可行?！昂ｏL(fēng)”示范項目自2009年開始運行，經(jīng)受住了44m/s的風(fēng)速和最高19m海浪的考驗；

?可用于下一代機組。

蘇格蘭“海風(fēng)” 相關(guān)主要參數(shù)見表1。

浮式海上風(fēng)電的發(fā)展定位

浮式風(fēng)電市場的吸引力主要基于幾方面因素。海上固定式風(fēng)電機組基底建設(shè)通常被限制在50m以內(nèi)的淺海區(qū)域，而浮式風(fēng)電可以安裝在50m至700m的水深范圍內(nèi)，這說明浮式技術(shù)能滿足深?；亟ㄔO(shè)的要求。據(jù)聯(lián)合國數(shù)據(jù)顯示，大約30億人口生活在離海岸線100km的范圍內(nèi)。隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展，開發(fā)大規(guī)模海上風(fēng)電不僅可以為沿海城市提供清潔可持續(xù)電力的問題，也能為經(jīng)濟發(fā)展提供重大機遇。

浮式海上風(fēng)電將“乘風(fēng)破浪”

海上風(fēng)電的成本在近年內(nèi)不斷下降。海上風(fēng)電的迅速發(fā)展促進了技術(shù)的創(chuàng)新，而且通過對海上風(fēng)電相關(guān)經(jīng)驗的積累和不斷學(xué)習(xí)，不僅打造了有競爭力的供應(yīng)鏈，也帶動了大功率機組的研發(fā)生產(chǎn)。在這個商業(yè)領(lǐng)域里裝機規(guī)模至關(guān)重要。目前，歐洲10個國家3589臺并網(wǎng)機組的總裝機容量達1263.1萬千瓦，每年能夠為超過1000萬戶家庭提供清潔能源電力。從發(fā)電成本的角度說，歐洲的海上風(fēng)電正在向平價上網(wǎng)靠攏。實際上，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)也正在快速地擺脫政府補貼，而且，因其沒有碳排放和放射性廢棄物，發(fā)展風(fēng)電更是替代傳統(tǒng)能源切實可行的選擇。海上風(fēng)電成本如果繼續(xù)降低，那么它將對浮式風(fēng)電成本的進一步降低起到推動作用。挪威國油希望能夠建設(shè)更多大型的浮式海上風(fēng)電項目，以期從中獲得規(guī)模經(jīng)濟效益，全球化供應(yīng)鏈的管理和應(yīng)用創(chuàng)新也會進一步提高。

圖1 挪威國油蘇格蘭“海風(fēng)”（Hywind）風(fēng)電場（整個風(fēng)電場由5臺6MW“海風(fēng)”浮式機組組成）

表1 蘇格蘭“海風(fēng)” 浮式風(fēng)電場的主要參數(shù)

最成熟的浮式風(fēng)電概念

挪威國油很早就開始布局新能源產(chǎn)業(yè)。2001年推出了“海風(fēng)”（Hywind）浮式機組概念?！昂ｏL(fēng)”是挪威國油浮式風(fēng)電的品牌，也是其對傳統(tǒng)底部固定式海上風(fēng)電項目的補充，更是所有浮式概念中最成熟的一個。挪威國油2.3MW的“海風(fēng)”樣機安裝在挪威沿岸95m至100m水深范圍內(nèi)，自2009年運行以來，經(jīng)受住了風(fēng)速44m/s強臺風(fēng)和19m怒濤級海浪的考驗，證明了“海風(fēng)”的可靠性。在此之后，挪威國油在蘇格蘭阿伯丁彼得黑德海（Peterhead）岸的3萬千瓦巴肯“海風(fēng)”風(fēng)電場建設(shè)項目，將在2017年底投產(chǎn)發(fā)電，屆時將滿足近2萬戶家庭的用電需求。挪威國油在歐洲海上風(fēng)電市場算得上是一個家喻戶曉的企業(yè)，目前已經(jīng)將風(fēng)電業(yè)務(wù)延伸至美國市場。作為未來具有成本效益、低風(fēng)險的商業(yè)化規(guī)模浮式風(fēng)電場，蘇格蘭“海風(fēng)”項目將進一步增強浮式風(fēng)電場在加利福利亞、夏威夷、法國和日本等國和地區(qū)的市場的吸引力。

發(fā)揮挪威國油的優(yōu)勢

通過提出和發(fā)展“海風(fēng)”概念，挪威國油已經(jīng)把自己定位為浮式風(fēng)電領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。在所有的浮式風(fēng)電概念中，“海風(fēng)”是成熟性最高、危險性最低的一個。之所以具有巨大吸引力，源于它的簡單性和成熟性。

在海面以下，所應(yīng)用的各種核心技術(shù)都是在全世界的油氣領(lǐng)域里可以找到的成熟技術(shù)—從單柱浮標(biāo)基座到錨鏈，再到吸附錨。在海面以上，采用的是常規(guī)的海上風(fēng)電機組和塔筒。從本質(zhì)上來講，挪威國油把油氣技術(shù)和可再生能源技術(shù)結(jié)合起來，并因此獲得了獨特的優(yōu)勢，利用這一優(yōu)勢能夠加速浮式風(fēng)電產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。這當(dāng)中有一個決定性因素，那就是挪威國油獨家專利的運動控制系統(tǒng)，這個系統(tǒng)可以確保風(fēng)電場的穩(wěn)定性和高產(chǎn)量。浮式風(fēng)電市場正在受到挪威國油的高度關(guān)注。挪威國油已經(jīng)是歐洲海上風(fēng)電市場的重要參與者，并且也在美國市場開發(fā)項目。通過蘇格蘭“海風(fēng)”風(fēng)電場示范項目，挪威國油已成為浮式海上風(fēng)電技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)導(dǎo)者。通過對這個具有成本效益、低風(fēng)險的未來商業(yè)規(guī)模浮式海上風(fēng)電場的示范，蘇格蘭“海風(fēng)”風(fēng)電場進一步提高了海上浮式風(fēng)電的競爭力。通過對“海風(fēng)”結(jié)構(gòu)不斷的簡化、采用標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)組件以及供應(yīng)鏈的拓寬，挪威國油旨在大幅度降低成本，加速儲備項目建設(shè)，保持浮式海上風(fēng)電場的領(lǐng)導(dǎo)者地位。

“海風(fēng)”風(fēng)電場+儲能設(shè)施

浮式海上風(fēng)電場的創(chuàng)新還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有停止。挪威國油正在開發(fā)海上風(fēng)電的電力儲存解決方案，利用電池組和陸上變流器進行儲電。在不發(fā)電的時候，電池組將釋放所儲存的電量用于銷售。而且，挪威國油自己研發(fā)的電力管理系統(tǒng)還能夠減少間歇性，優(yōu)化電力輸出。這樣做可以在輸送電力時提高海上風(fēng)電利用效率，降低成本。將海上風(fēng)電與儲能電池組相結(jié)合突顯了這種創(chuàng)新是克服傳統(tǒng)電力不穩(wěn)定性瓶頸的最好方式。這也為未來的項目應(yīng)用海上風(fēng)電儲能奠定了基礎(chǔ)，電量將有可能儲存到安置在海上機組結(jié)構(gòu)內(nèi)的電池里。這種儲能方式不僅提升了浮式風(fēng)電的價值，也為與開發(fā)和存儲相關(guān)的新業(yè)務(wù)模式奠定了基礎(chǔ)。

圖2 “海風(fēng)”2.3MW樣機

圖3 挪威國油“海風(fēng)”風(fēng)電場發(fā)展進程

提供細(xì)致入微的新能源解決方案

挪威國油計劃在日本、法國、美國和英國等地利用“海風(fēng)”技術(shù)開發(fā)大規(guī)模商業(yè)化的海上風(fēng)電場。經(jīng)估算，這些風(fēng)電場規(guī)模都將達到500MW甚至更大?！昂ｏL(fēng)”瞄準(zhǔn)了各個市場的微妙差別，這要求為利益相關(guān)者和客戶量身定制產(chǎn)品，并為不同類型客戶的需求提供適合他們的能源解決方案，這主要包括：

第一，大型沿海城市的市場：由于超負(fù)荷的能源需求和污染問題，大城市迫切需要清潔電力。對于紐約、洛杉磯這類城市發(fā)展大型高效率風(fēng)電場來說是個機會。

第二，島國：人口稠密的島嶼，周邊水深較深，陸上可再生資源有限，不得不依賴于柴油發(fā)電。對于這種類型，可以在不同的位置開發(fā)多個風(fēng)電場。夏威夷就是一個非常好的案例，挪威國油已經(jīng)開始參與當(dāng)?shù)氐纳钏∈斤L(fēng)電項目招標(biāo)。

第三，石油和天然氣海上設(shè)施：“海風(fēng)”概念可以作為陸上柴油、天然氣向海上石油天然氣項目供電的有力競爭者，特別是在政策優(yōu)勢區(qū)域。短期內(nèi)，挪威國油已經(jīng)準(zhǔn)備在自己的一些油氣項目上應(yīng)用“海風(fēng)”。由于這類條件下的風(fēng)電場服務(wù)對象能源需求有限（通常是50MW至100MW），因此這個市場的規(guī)模相對較小。不過，這或許恰好可以成為未來在全球?qū)崿F(xiàn)多重設(shè)施并存目標(biāo)的重要過渡市場。

戰(zhàn)略目標(biāo)旨在能源轉(zhuǎn)型

挪威國油在開發(fā)“海風(fēng)”概念的同時，目前正在尋求合作伙伴繼續(xù)擴寬領(lǐng)域，開發(fā)新的商業(yè)模式，加速浮式風(fēng)電全球新市場的開發(fā)?！昂ｏL(fēng)”是浮式風(fēng)電最成熟的概念，挪威國油認(rèn)為需要開拓更多的海域應(yīng)用這一概念。同時，“海風(fēng)”概念成功的關(guān)鍵還要依賴于供應(yīng)商和風(fēng)電開發(fā)商、技術(shù)所有者的密切合作。浮式風(fēng)電沒有理由不按照甚至是低于固定式海上風(fēng)電（今年在歐洲實現(xiàn)平價上網(wǎng)）的路徑去發(fā)展，因為浮式風(fēng)電比固定式海上風(fēng)電更容易做到標(biāo)準(zhǔn)化。浮式風(fēng)電的發(fā)展只是時間問題，而最好的時機就是現(xiàn)在。

（作者單位：挪威國家石油公司，作者系“海風(fēng)”浮式風(fēng)電技術(shù)總經(jīng)理）