位于北海的苏格兰海风项目的浮动涡轮机。

位于北海的苏格兰海风项目的浮动涡轮机。Øyvind Gravås / Woldcam - Equinor ASA

将浮动涡轮机迎来一波海上风吗?

随着陆地和近岸地区的风力发电厂越来越多,一些公司正在部署浮动涡轮机,这些涡轮机可以安装在深水中,从海岸上看不见。支持者认为,新技术可以促进风能产业,但包括成本在内的艰巨挑战仍然存在。

在苏格兰最东端的海岬,古老的渔港彼得黑德伸入北海。阿伯丁郡议会的经济发展官员阿拉斯泰尔•里德说:“在晴朗的日子里,从港口你就能辨认出海风公园的涡轮机。”

在Windswept Northern Scotland中,在陆地和海岸沿岸的充气阵列有限的空间,距离五大高耸的位置574英尺高的涡轮机近海15英里,这只是这种可再生能源项目的一个新颖性。事实上,Hywind苏格兰为超过20,000个家庭产生足够的电力,是第一个漂浮在海面上的风能阵列,而不是被挖到海洋床上。支持者说,技术为新一代绿色能源。

“海风”项目位于水下300多英尺处,其开创性之处在于,巨大的桅杆和涡轮机安装在具有浮力的钢筋混凝土龙骨中,使它们能够直立在水面上,就像捕鱼时的浮子一样。涡轮机的近10000吨圆柱形底座固定在适当的位置,其中三个绷托系泊电缆连接到锚,锚杆躺在海底上。

与普通的海上风力涡轮机相比,长大的塔楼沉入海床并螺栓固定在浅海中,漂浮在浅水区60到160英尺深处,浮动涡轮机的优势在于,他们可以进入大型远洋的海水,长达半英里deep, where the world’s strongest and most consistent winds blow. In Europe, where the density of onshore and near-shore wind turbines in places like Germany, the United Kingdom, and Norway has spurred increasing opposition to new arrays, the floating turbines can be installed over the horizon, out of sight of coastal residents.

“浮动风力具有巨大的潜力,可以成为达到气候目标的核心技术,”一位专家说。

德国罗斯托克大学(University of Rostock)风能技术专家弗兰克·亚当(Frank Adam)说:“浮动风力发电具有巨大的潜力,可以成为欧洲和世界各地实现气候目标的核心技术。”

亚当说,世界上80%的海洋水域都是传统近海涡轮机无法触及的,这为浮动阵列的出现开辟了道路。“在过去的几年里,这项技术取得了巨大的进步,Hywind证明了它可以作为一个整体运行,”亚当说。“现在,这些农场必须扩大规模,向政府和投资者表明,它们真的是大规模可行的。”

一些可再生能源专家仍然对海上浮动风力涡轮机的高成本持怀疑态度——目前它们产生的电力通常是高成本的近两倍与近岸风力涡轮机一样昂贵,陆基风力涡轮机的三倍 - 将足够远,以竞争其他清洁能源技术。

“在陆地上建造涡轮机总是比较便宜,而这是必须要达到的减排目标,”R. Andreas Kraemer说,他是该机构的创始人和名誉董事生态研究所,以柏林为基础的智库。“即使浮动公园在某些情况下可能比固定的海上风电厂更便宜,并且可以在更大的海域部署,它仍然是海上工程 - 这使得构建,部署和维护昂贵。由于海洋环境的腐蚀性,但车站的寿命很短。“

漂浮式风力涡轮机用链条将其固定在深达半英里的海底。

漂浮式风力涡轮机用链条将其固定在深达半英里的海底。Joshua Bauer / Nrel

但浮动风阵的倡导者介绍,随着这些技术的效率升起,陆上和近岸风能的成本一直稳步下降;他们争夺相同的趋势可能会降低漂浮海上风的成本。Hywind Scotland Array - 挪威公司Equinor拥有的75%,以前的STATOIL - 已经运作了近三年和保持漂浮和发电在2017年的奥菲利亚飓风期间,以及其他风速100英里每小时、浪高27英尺的严酷冬季风暴期间。

欧洲和日本正在建设其他浮动风力项目,其中一些的涡轮机比Hywind还要大。在葡萄牙,正在建设中的WindFloat Atlantic项目预计将产生足够的电力60,000所房屋今年晚些时候完工。法国已将浮动风力发电写入其清洁能源计划,并表示其目标是成为一个世界领导者在技术部署方面。它为风力发电场提供了专用场地和价格支持离开布列塔尼和地中海海岸苏格兰希望在今年用可再生能源满足其所有的电力需求,正在建设新的漂浮公园,其中包括位于苏格兰海风以南的一个。

Walt Musial是美国政府资助的全国可再生能源实验室的海上风能专家,该研究所是由美国政府资助的研究所表示,在美国,两岸的沿海水域往往对传统的海上风力涡轮机往往太深了;他注意到近60%的海上风电场,在深度大于200英尺的地方存在。这为浮动风能技术创造了另一个机会。

斯图加特大学(University of Stuttgart)浮动风力发电国际研究项目负责人程文波(Po Wen Cheng)说,浮动风力涡轮机产生的能量可能比最大的陆上或海上技术产生的能量还要多。他说,不仅深水处的风比靠近海岸处的风更强大,而且这种可弯曲的悬浮钻机的物理特性使它们能够携带更大的涡轮机。他说:“涡轮机越大,在合适的条件下就能产生越多的能量。”Cheng认为,浮动涡轮机甚至可能比当今最大的海上钻井平台还要高,或许有400英尺高的叶片和延伸到空中近1000英尺高的塔,和埃菲尔铁塔一样高。Cheng说,这种尺寸的涡轮机可以产生目前最先进的陆地涡轮机的三倍的电力。

“固定底部的海上风将耗尽空间,就像陆上在某些地方一样,”Wind Companatione高管说。

专家们说,虽然一些浮动涡轮机的精细结构仍在调整中,但技术是可靠的。几十年来,石油和天然气行业一直在使用类似的海洋技术。(苏格兰海风公司的主要所有者Equinor是挪威最大的石油和天然气公司。)桅杆和转子与传统的海上风力涡轮机相同。亚当说:“浮式涡轮机可以采用过去10年风力发电发展的大量知识和经验,这给了它们一个巨大的飞跃。”与传统的海上风阵列一样,浮动涡轮机通过重型水下电缆将电力传输到沿海电网。

在欧洲雄心勃勃的计划到2050年碳中性,所有类型的风能突出显示。虽然陆上风公园是最具成本效益的解决方案,但他们已被激动人员遭遇僵硬的反对,他们反对他们犹豫了景观,靠近他们的家园,以及对自然,特别是鸟类的影响。在一些国家,如德国和挪威,公民反对意见几乎是陆上风停止。

北海、波罗的海和其他地方的海上风力发电场大大增加了欧洲清洁能源的产量,并将价格降低到与化石燃料具有竞争力的水平。但是,国际能源机构(IEA)和欧盟认为,欧洲到2050年应该达到的风能供应总量,目前欧洲海上的发电量大约只占5%到10%满足其目标根据巴黎协定。问题是,大规模增加近海风阵列根本不可行,部分原因是来自捕鱼船队、环保组织和沿海居民的反对越来越强烈。

世界领先的风力发电企业之一Iberdrola的海上风能总经理乔纳森•科尔(Jonathan Cole)说,这就是浮动公园进入平衡的地方。“所有经济部门都需要绿色能源,”科尔说。“固定底海上风力发电的规模将远远超过现在,但它也会耗尽空间,就像一些陆上地区一样。”

一个漂浮的涡轮机被拉到葡萄牙海岸外的海上为WindFloat大西洋项目,现在正在建设中。

一个漂浮的涡轮机被拉到葡萄牙海岸外的海上为WindFloat大西洋项目,现在正在建设中。DOCKgo / WindFloat大西洋

丹麦奥胡斯大学的野生动物生态学家Ib Krag Petersen说,鹰、鸭、狮鹫、鹳和塘鹅等鸟类可能会与海上钻井平台的巨大刀片相撞。但是,他说,在涡轮机密度和鸟类群落分布较薄的深海风阵列中,与近岸风阵列相比,对海鸟的影响较小。

Hywind Project在当地经济发展管理员Reid的Aberdeenshire享有广泛的支持。除此之外,Equinor曾与Peterhead停靠的突出渔业部门合作,以免干扰其运营。

投资者和可再生能源公司表示,全面推出浮动风阵列的最大障碍是政府、公用事业公司和金融家认识到这项技术是可行的,成本将不可避免地下降。“我们需要各国政府的承诺,就像法国、苏格兰和日本所做的那样,帮助建设更大的水上公园,”跨国海上风力开发商Ideol的首席销售和营销官布鲁诺•格斯希耶(Bruno Geschier)说。

罗斯托克大学的亚当说:“制造一个或六个浮动涡轮机很容易,但10个、20个或100个,那就是另一回事了。”他说,这需要供应链、造船厂和能够处理如此巨大的建筑的港口,以及用于串行制造的工厂。

尽管面临这些挑战,但利用如此多的公海来生产可再生能源的前景仍然是一个诱人的提议。正如国际能源署指出的,理论上,海上风力发电单靠它就能满足欧洲、美国和日本的全部电力需求。