The game changer

馬星辰

2017年10月北京國際風(fēng)能大會暨展覽會（CWP2017）上，來自挪威石油公司風(fēng)能及低碳解決方案的技術(shù)總監(jiān)RajnishSharma發(fā)表題為 《Hywind浮式風(fēng)力發(fā)電–開拓海上風(fēng)電新篇章》的主題演講【1】。向我們介紹了全球首座漂浮式風(fēng)電場Hywind，10月18日已正式在英投產(chǎn)，將大家的視線聚焦于全新海上風(fēng)電基礎(chǔ)形式，是當(dāng)之無愧的局勢改變者。

蘇格蘭Hywind風(fēng)力發(fā)電場位于距蘇格蘭阿伯丁郡彼得黑德海岸25公里的海域，總裝機(jī)容量30兆瓦，由挪威國家石油公司和阿聯(lián)酋阿布扎比馬斯達(dá)爾公司聯(lián)合運(yùn)營，造價約1.9億英鎊（約合2.5億美元）。挪威國家石油公司負(fù)責(zé)新能源業(yè)務(wù)的執(zhí)行副總裁伊雷妮·魯梅爾霍夫說，這種發(fā)電場能在水最深800米的海域運(yùn)作，從而使此前海上風(fēng)力發(fā)電無法開展的海域得以利用。從蘇格蘭海溫德風(fēng)力發(fā)電場獲得的經(jīng)驗將為全球漂浮式海上風(fēng)電市場帶來新機(jī)遇。

現(xiàn)有的離岸風(fēng)力發(fā)電廠通常是將基座固定在海床上。而有了革命性的新技術(shù)，就能在無法使用傳統(tǒng)方法固定的深水區(qū)域進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電。挪威國家石油公司稱，風(fēng)機(jī)葉片是技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)所在。葉片使用了具有突破性的技術(shù)，通過旋轉(zhuǎn)來減少風(fēng)、海浪和水流帶來的震動，使發(fā)電塔保持直立。

據(jù)了解，蘇格蘭Hywind風(fēng)力發(fā)電場占海域面積4平方公里，水深在95米至129米之間，所處海域平均風(fēng)速約每秒10米。5臺6MW的風(fēng)機(jī)安裝在Spar式基礎(chǔ)上并通過錨鏈固定在海床，浮動基礎(chǔ)的重量約為3，200t，包括超過1000t的高密度混凝土。每臺風(fēng)力渦輪機(jī)重1.2萬噸，高253米，其中水下78米，露出水面175米。每個風(fēng)機(jī)葉片長75米，幾乎相當(dāng)于一架空客飛機(jī)的翼展長度。

“那么我們再來講一下Hywind的概念，以及漂浮式的概念，” RajnishSharma說到，“我們在2001年的時候已經(jīng)有這個想法，2005年做了一個測試……我們挪威的行業(yè)，包括像海上一些程序、運(yùn)營我們都有豐富的經(jīng)驗，在2009年的時候我們開發(fā)出了漂浮式的概念，之后我們在英國的海岸也做了相關(guān)項目實(shí)驗?！?/p>

作為國家石油公司的挪威石油，很早就開始布局新能源產(chǎn)業(yè)。2001年推出了Hywind浮式風(fēng)機(jī)概念。Hywind是Spar基礎(chǔ)浮式風(fēng)機(jī)，采用Spar基礎(chǔ)的好處是平臺小水線面，運(yùn)動性能好，極限海況適應(yīng)能力好，無條件穩(wěn)性。

挪油2009年推出了2.5MW的Hywind樣機(jī)，服役在挪威沿岸10km的挪威北海，水深200m，于2009年9月開始運(yùn)行。這種風(fēng)機(jī)的發(fā)電機(jī)葉片直徑為80米，高出海平面約65米[2]。建造它的時候，不是在陸地上組裝完再安裝到海上的，而是通過輪船上的吊車在海上一點(diǎn)點(diǎn)搭建組裝而成，并根據(jù)實(shí)際情況及時調(diào)整。自運(yùn)行以來已經(jīng)累計發(fā)電37.6Gwh，整體表現(xiàn)還是非常好的。服役期間經(jīng)受住了44m/s風(fēng)速和19m最大波高的考驗，證明了Hywind的可靠性。

Spar基礎(chǔ)的長運(yùn)動周期、無條件穩(wěn)性是Hywind成功的重要保證，但同時也面臨著建造、安裝的局限。挪威有條件良好的深水港灣，Spar基礎(chǔ)的扶正、壓載可以在環(huán)境條件較好的港灣內(nèi)進(jìn)行，換到世界其他海域，有可能安裝過程會變得復(fù)雜一些。

和Hywind2009年的樣機(jī)相比，2017年正式在英投產(chǎn)的Hywind風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，體型大了一圈，成本卻降低了60～70%[3]。

Hywind Scotland 2017年 10 月成功在英國蘇格蘭外海投產(chǎn)，在長達(dá) 3個月的風(fēng)力測試中，表現(xiàn)也令人滿意。根據(jù)挪威國家石油公司（Statoil）資料，電廠平均風(fēng)力容量因數(shù)（Capacity Factor）達(dá)65%，遠(yuǎn)高于美國陸上風(fēng)電平均的37%，也比一般離岸風(fēng)電還要高。

容量因數(shù)為電廠實(shí)際發(fā)電量除以額定發(fā)電量所得出的比率，像太陽能與風(fēng)能等再生能源為間歇性能源，當(dāng)風(fēng)速小于風(fēng)機(jī)最適合的風(fēng)速，或是日光不足時，發(fā)電能力便無法提升至最高。目前離岸風(fēng)力平均容量因數(shù)為45%到60%，如要提高容量因數(shù)，除了選擇更好的地理環(huán)境，也可以依靠調(diào)節(jié)器來提升電廠性能，進(jìn)而提升發(fā)電量。

Hywind Scotland電廠容量因數(shù)測試區(qū)間為2017年11月至 2018年1月，當(dāng)時英國正逢西風(fēng)帶，該電廠先后經(jīng)歷颶風(fēng)與暴風(fēng)，承受不少苛刻環(huán)境檢驗。2017年10月三級颶風(fēng)Ophelia撲向英國與愛爾蘭，風(fēng)速每小時最高達(dá)125公里，而12月初暴風(fēng)Caroline最大陣風(fēng)甚至超過每小時187公里，浪高更達(dá)8.2米。

Statoil離岸風(fēng)電項目副總裁Beate Myking指出，先前已不斷在惡劣天氣下測試Hywind技術(shù)，而Hywind Scotland的高性能與穩(wěn)定性皆出乎意料，讓團(tuán)隊對這項設(shè)計越來越有信心。

Statoil新能源解決方案副總裁Irene Rummelhoff表示，全球約80%離岸風(fēng)力潛力區(qū)位于水深超過60米海域，這對固定式離岸風(fēng)機(jī)是項挑戰(zhàn)，因此浮動式海上風(fēng)電將可往這些海域發(fā)展，亞洲與北美西岸皆有發(fā)展?jié)摿?。目前Statoil和Masdar也致力于降低Hywind技術(shù)成本，希望可在2030年前降至每MWh40～60歐元，能與其他再生能源競爭。

除了放眼未來公司走向，Statoil也正努力提升Hywind Scotland 電廠性能，計劃在2018年底新建1.3MWh儲能系統(tǒng)Batwind，讓電廠在離峰與低電價時先將電力儲存起來，并在用電尖峰與高電價時輸出，不僅能提高電廠收益，也能減少棄風(fēng)的損失，并降低大約70%用電成本。

2017年是浮式風(fēng)機(jī)取得突破性進(jìn)展的一年，在英國海域除了挪威石油的Hywind完成安裝準(zhǔn)備投產(chǎn)外，還將有另外兩個浮式風(fēng)機(jī)項目將陸續(xù)在今明兩年陸續(xù)投產(chǎn)。除此之外，愛爾蘭、葡萄牙、法國也將有三個浮式風(fēng)機(jī)項目在2020年前后投產(chǎn)。歷時多年，浮式風(fēng)機(jī)終于從概念走向應(yīng)用，似乎光明的未來就在眼前。

參考文獻(xiàn)：

[1]挪威國家石油公司：Hywind 浮式風(fēng)力發(fā)電–開拓海上風(fēng)電新篇章[EB/OL].http：//news.bjx.com.cn/html/20171017/855741.shtml.

[2]楊先碧.漂浮在大海上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)[N].上海科學(xué)技術(shù)出版社《科學(xué)畫報》雜志社，2009.04（4）.

[3]Nutshell.浮式風(fēng)機(jī)，百家爭鳴[EB/OL].https：//mp.weixin.qq.com/s/jw25WXrbUKvzTb7kPM6l9Q？，2017-07-07