经过十多年的深入发展,Enerocean的 W2Power 浮式风力发电解决方案将于 2030 年在全球范围内部署。
近年来,海上风电取得了成功,每年新增千兆瓦 (GW) 的可再生能源发电容量。海上风电场可以在海上获得更强、更稳定的风,并且与陆地相比,空间使用冲突更少。在丹麦、英国、德国、比利时、荷兰和丹麦等领先国家,使用底部固定基础——主要是深埋在海底的钢单桩——以及更大尺寸和更大功率的风机,中国已将成本推向平价。
然而由于海域较深,世界上绝大多数国家都无法通过常规方法建造海上风电场。在深度超过 40 到 50m 的海域中,单桩和其他固定基础都没有太大的经济前景,因为它们对建筑材料的需求以及因此成本与深度成比例地增加。将海上风电的成功推广到北海南部、毗邻海域和东海的浅水区之外,需要浮式解决方案。
毫不奇怪,长期以来被视为一种远期前景的浮式风能已成为主流关注点,成为实现更加雄心勃勃的脱碳目标的重要工具。
因此,浮式是使海上风力发电真正全球化的关键因素。但浮式只有在与其他可再生技术具有成本竞争力的情况下才能发挥其潜力。对于许多国家来说,陆上风电更有优势,而对于同时拥有浅海和深海的国家(尤其是法国、美国和中国)来说,基准很可能是底部固定的海上风电。
漂浮式风力发电并不是一个新想法——设计漂浮式风力技术的认真工程努力至少可以追溯到 30 年前。
在 2000 年代中期,随着早期设计进入海上试验,许多观察家预计浮动式将开辟一条快速进入市场的道路。然而,在现实世界中,原型的高成本、日本福岛 FORWARD 项目等失败的全尺寸示范,以及最重要的是,底部固定式海上风电场(其成本下降超过自 2015 年以来的一半)阻止了这种情况的发生。
W2Power 浮动式风力发电解决方案
W2Power 是一种成熟、稳健且具有成本效益的浮式风力发电解决方案,适用于深度从 50m 到超过 1000m 的任何海域。它具有独特的技术优势,提供了降低浮式成本效率以接近或超过传统海上风电的前景。
W2Power 浮式解决方案自 2009 年获得专利和随后作为概念引入市场以来,已经持续开发了十多年。自 2012 年以来,该技术由西班牙公司 Enerocean 拥有,该公司是其主要开发商,该技术已经过改进和设计,系统地提高技术准备水平 (TRL) 规模。在一系列欧盟和国家研发项目的资助下,它完成了多项设计修订、波箱测试以及组件和子系统改进,从而在 2015 年 6 月达到了 TRL 5。
海上原型
W2Power 通过在公海成功部署实现了 TRL 6(图 1 和图 2)。一个功能齐全的原型在海上完成了四个月,并受到密切监控。比例为 1:6 的原型提供了对生存能力的加速测试,最重要的是,对结构的疲劳损坏进行了测试。
它的适航性通过在全尺寸平台上通过 7 次超过 4m 波浪的风暴(最高 5.3m 的波浪)对应于大于 30m 的波浪运行而得到证明,没有任何事故或不需要干预。该平台证实了其出色的流体动力学性能,并且证明了简单的拖曳、安装和系泊连接。当测试按计划按时完成后,平台被拖回院子,仔细检查没有发现损坏迹象。
该原型机仍留在码头,准备进行新一轮的海上测试,除其他目标外,以证明其多用途性能。
当前状态
咨询公司 Wood Mackenzie 最近观察到,浮动式风力发电需要打破比底部固定式更昂贵的恶性循环,只要投资者认为浮动式风电的成本溢价过高,就可以防止大规模扩建容量。
今天,W2Power 是四个漂浮概念的领先亚军,这些概念已经达到更高的技术(但不是商业)成熟度:两种晶石浮标技术,Equinor 的 Hywind、Principle Power 的 WindFloat? 半潜式和 BW Ideol 的驳船。
存在许多其他浮动技术,处于不同的成熟阶段,直至 TRL 5。如果 W2Power 在 2019 年取得成功,预计一些开发商将很快宣布他们正在进行的海上测试活动是否成功。达到 TRL 7 及以上的成本增加(全尺寸装置,可能以阵列形式)导致开发商和大型能源公司之间形成越来越多的联盟。一个例子是 Enerocean 与意大利能源巨头 Eni(Plenitude 子公司)于 2022 年 4 月宣布的投资和战略合作协议。
技术=成本优势
虽然所有其他成熟设计都使用一个浮体来支撑每个风机,但 W2Power 使用一对风机,其机舱位于浮动支撑区域之外(专利保护功能),以达到非常高的额定功率,而不会成比例地增加转子直径以及对建筑钢材的需求。
与采用最新 14 MW 风机设计的单风机浮式基础相比,使用来自多个OEM的大型、成熟的海上风机在单位兆瓦的成本、可靠性和市场准入方面具有更多优势。
目前完全设计的 W2Power 形式的额定功率为 11 至 16 MW,使用一对转子直径高达 167 米的 5.5 至 8 MW额定功率机型。这比任何其他成熟的浮式风力技术都具有更高的额定功率。
W2Power 相对于竞争解决方案的优势紧密地利用并增强了设计的主要优势。与浮式结构、流体动力学优化以及大规模制造、系泊/站台保持、塔、控制系统和状态监测相关的关键创新特征都转化为每兆瓦安装成本更低。
加那利群岛正在进行商业化前全尺寸试点部署。进一步的项目路线包括伊比利亚半岛、地中海和其他海域的商业风电场。W2Power 的全球多 GW 部署目标是 2030 年。