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浮式风电是海上风电的未来趋势吗?

日期:2023-10-23    来源:中国科普博览

国际风力发电网

2023
10/23
09:24
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关键词: 浮式风电 风力发电 海上风电

浮式风电,就是主体漂浮在海上,并用锚链固于海床上的风力发电机。

浮式风电(图片来源:Wiki)

浮式风电(图片来源:Wiki)

看到上面这种奇特的海上风电后,很多人在感到好奇之外,可能还会生出这样的疑问:

不是已经有陆上风电、固定式近岸海上风电了吗?为什么现在又出来一个浮式风电?

常规传统海上风电,安装在近岸,固定式。(图片来源:Wiki)

风电的进阶

浮式风电的出现并非人们一时兴起。实际上,在风力发电得到蓬勃发展的前提下,浮式风电的出现几乎是一种必然。

设想这样一个问题:

很多年前,各国最初在发展风电时,他们会做出何种选择?是优先发展陆上风电,还是近岸海上风电,抑或是浮式风电?

答案只有一个,优先发展陆上风电,因为陆上风电设计简单,便于运输,更便于安装,各方面的难度都是最小的,继而成本也是最低的。

于是,陆上风电最先得到了蓬勃发展,然而,在发展的过程中,陆地上的优质风场就不够用了。

此时,各国若还想继续发展风电,就只有一条路了,那就是海上风电,海上的风大,且稳,海水深度从几米到三四十米不等,在这样的浅海区域发展风电不占用任何土地,简直是绝佳选择。

然而,近海优质风场必然也有使用完的一天,到时,又该怎么办?

海上风电装备由浅入深的发展示意图,前两个是固定式海上风电,后三个是浮式风电。(图片来源:欧洲风能协会)

上面的示意图中,前两个是传统海上风电,第一个水深在0—30米,成本最低,第二个水深在25—50米,成本较高。

事实是,找到一处近岸极为优质的风场并不是一件容易的事。假设,已经找到了这么一个近海优质风场,之后必然是要大力开发,然而越开发,海水深度就越大,当水深超过50米后,传统海上风电的成本就会急剧升高,以致变得不可行。

怎么解决?浮式风电就是最好的解决之道。

然而,你如果认为,浮式风电是海上风电发展到现在后才出现的创意,那就错了。

因为这种创意并不是那么复杂,早在1972年,就有研究人员提出了浮式风电的设想。只是由于技术难度大,成本造价过高,浮式风电在当时没有得到发展。

是未来趋势吗?

大约71%的地球表面积被海洋覆盖,而全球海上风力资源中的80%又都集中在水深超过60米的海域。

回到标题提到的问题,浮式风电是海上风电的未来趋势吗?

答案是:

如果海上风电要想数十年,甚至上百年持续不断发展下去,那么浮式风电就是海上风电的未来趋势。因为近岸优质风场总有使用完的一天。

还有就是,全球海上风力资源中的80%都集中在水深超过60米的海域。

各种优势

海上风电从固定式走向浮式,恰如笼中鸟飞出鸟笼,让浮式风电一下子摆脱了50米—300米水深的限制,将可开发的风场区域一下子扩大了很多很多倍。

在建设海上风电场的过程中,最大的一个诉求就是尽可能降低发电成本,而降低成本又有多种方式,例如:

需要在风力更加强劲且稳定的海上放置风力发电机,此时,风机无论是白天还是夜里,都能长时间高功率运行,继而实现在相同时间内发出更多的电力。

这一点,浮式风电恰好能满足得很好,因为其摆脱水深的限制后,能在更广阔的海上找到这样的优质风场。

第二个降低成本的方式就是提高风场规模,就是说,在一片狭小、距离海岸就几百米的的海域,如果仅仅只安装了一台风机,那么这样做的成本是很高的。

为了这一台风机,还需要专门铺设一条海底电缆,将其所发的电力传输到陆地。

较大规模的风电(图片来源:wiki)

然而,若这片海域可供安装的风机数量多,固定式加浮式,一下子安装了上百台风机,那规模就很大了,继而,后期的运营成本,以及其他成本就能降低很多。

而在规模化上,浮式风电天然就具备更大的优势。相比0—50水深的海域,50—300米水深的海域面积实在是要大得多。更有利于大规模发展优质风场。

第三个可以降低成本的地方,就是在安装成本上下功夫。在这一点上,浮式风电反而有一点小优势,而这个优势是其自身属性带来的。

因为浮式风电是可以漂浮在海上的,所以,大可以先在码头安装好,然后使用拖船将其拖运到目标海域即可。

而在码头安装,其好处就是可以利用码头上的各种重型起重装备。

在码头直接吊装浮式风电(图片来源:中国海油)

将在码头安装好的浮式风电拖运到目标海域

(图片来源:央视新闻)

目前的劣势

上文提到的全是浮式风电的优势。但很显然,浮式风电有其自身的劣势。

上文提到,浮式风电便于获得优质风场,这能降低风电场的发电成本,同时也便于扩大规模,这也能降低风电场的整体成本。

然而,具体到单个浮式风力发电机的制造时,它就没有优势了。别说跟陆上风电相比,就是跟传统固定式海上风电相比,浮式风电的制造成本也很高。

一方面,这是由于相对其他风电,浮式风电起步最晚。另一方面,这是其技术难度高决定的。

研究人员认为,浮式风电的成本并不会随着它的继续发展而低于固定式海上风电,他们认为,随着规模化和技术迭代后,两者的成本都会下降,继而两者的成本差异也将在未来随之缩小。

根据从业研究人员的分析预测,到2050年时,浮式风电的成本将下降近70%。

目前,不少国家都在研制浮式风电,并加大了浮式风电的安装建设。我国也不例外,2022年,中国自主研发的浮式风电,功率为6.2兆瓦的“扶摇号”完成总装,并在水深达65米的广东湛江罗斗沙海域进行了示范应用。

2023年初,中国“海油观澜号”浮式风电下线,在海南120米深水海域完成安装。

目前,我国的浮式风电还处在样机示范阶段。不过,我们有理由相信,随着浮式风电相关产业链的完善,以及规模化和技术进步带来的各项成本下降,浮式风电在未来也许会得到更大规模的发展。

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