海上浮式风能

2019年11月18日出版

对环境友好型资源和技术的需求正在上升。可再生能源资源越来越受欢迎,风能是第二大来源。虽然海上风是增长最快的来源,但漂浮的海上风力来源也是一种强大的能源来源。正在开发平台和涡轮机以加工这种能量。虽然资源面临实施中的挑战,但它是一种可行和经济的选择,如果采取了一些措施,则可以轻松成为可再生能源的主要贡献者。

需要可再生能源
可再生能源已成为全球发电组合的主流,并被视为应对气温上升、气候变化和环境问题的可持续机制。

全球可再生能源用于各种应用,传统上依赖于化石燃料。可再生能源最近占发电的三分之二的全球投资。水电,太阳能,光伏和风能占据全球可再生能源的能力。风力和太阳能的经济学及其成本高效的存储是可持续未来的能源系统的方式铺平道路。

风能是仅次于水力的第二大可再生能源,占全球可再生能源总容量的25%左右。陆上风力涡轮机在全球风能装机容量中占主导地位,占总装机容量的96%以上。然而,在过去几年里,由于安装成本的降低和技术的改进,海上风力发电能力有了显著的增长。

海上风能:固定底部与浮动近海风力涡轮机
海上风电是增长最快的可再生能源之一,2018年占全球累计风电装机容量的4%左右。欧洲在海上风电装机容量方面处于领先地位,英国占全球海上风电装机容量的35%以上,其次是德国,约占27%。海上风力涡轮机有两种类型:固定底式和浮动式。

固定底部的海上风力涡轮机技术比浮动海上风(家禽)涡轮机更成熟,目前占据了海上风能装置。前者易于安装而不是发型涡轮机。此外,固定底部的海上风力涡轮机可以安装在近岸位点VIS-A-VIS母羊,这在高度技术上是较大的,在海中深入安装。

FOW Farms通常安装在复杂的海底条件下,水深超过40米。深海风力涡轮机的安装构成了许多挑战,这是一个主要的平台的开发,可以承受深海湍流。其他困难包括铺设高压电气传输线以及深海风力涡轮机的安装,操作和维护。

海上漂浮风的演变
深海风速较近海岸或在岸风速高;因此,FOW涡轮机比固定底部涡轮机多获得80%的风力。与固定底海上和陆上风力涡轮机相比,这使得风力涡轮机的产能利用率更高。

为了在深海中利用更高的风速,FOW涡轮机在2009年至2016年期间在日本、西班牙、挪威和瑞典进行了概念化,共演示了6个全尺寸原型机。到2016年,这些原型的成功演示占了装机容量的20兆瓦以上。由于原型机提供了全系统模拟器或所需系统的相关部分,2017年随着Hywind Scotland的部署,FOW涡轮机的预商用阶段开始了,这是首个全面运行的FOW农场,产能为6mw。

FOW涡轮机的安装和维护成本明显高于固定底式海上风力涡轮机。因此,由于安装成本较高,大多数FOW涡轮机需要政府的大力支持,以达到商业准备,并实现近期的成本降低潜力,包括研发活动。

技术进步
FOW的两个关键部件是平台和涡轮机。多年来,世界各地的许多公司为FOW开发了不同类型的平台。最受欢迎的平台类型有驳船、桅杆浮标、半潜式平台、张力腿平台、多涡轮/混合波浪和半桅杆。这些技术大多是基于石油和天然气公司用于深海钻井的平台开发的。

由于风速高,容量超过6mw的大型风力涡轮机非常适合FOW。随着风力涡轮机技术的进步,大容量涡轮的发展可以进一步降低涡轮的运行成本。涡轮机制造商最近扩大了他们的风力涡轮机组合,从6mw额定的风力涡轮机到12mw,具有220米的转子和107米的叶片,有超过60%的总容量因子。

海上浮式风力发电面临的挑战
尽管浮动风电场在固定底部的海上风电场上,但他们面临着当地居民的反对。能源对海洋生态系统具有危险,并且由于来自高压电力线的电磁场而导致渔区可能减少。在环境影响评估报告中缺乏具有专业知识和延迟的专业船只是项目开发商面临的其他主要挑战。

未来的路线图
据全球风能理事会(GWEC)估计,到2030年,全球风能发电能力将达到约6千兆瓦。美国能源部的国家可再生能源实验室(NREL)预计,到2023年,美国、中国和欧洲的12-50兆瓦的多涡轮阵列项目将实现商业化。此外,根据NREL的说法,超过400兆瓦的浮动阵列预计将于2024年在美国完全商业化。

如果能够以比目前预期更快的速度降低成本,那么FOW对扩大海上风能领域具有可行性和经济吸引力。