海上浮动风能

2019年11月18日发布

对环境友好型资源和技术的需求不断上升。可再生能源日益普及,风能是第二大能源。虽然海上风力是发展最快的能源,但海上浮式风力发电也逐渐成为一种强大的能源。人们正在开发平台和涡轮机来收集这些能量。尽管该资源在实施过程中面临挑战,但它是一个可行和经济的选择,如果采取一些措施,它很容易成为可再生能源的主要贡献者。

对可再生能源的需求
可再生能源已被确立为全球发电结构的主流贡献者,并被视为解决气温上升、气候变化和环境问题的可持续机制。

在全球范围内,传统上严重依赖化石燃料的可再生能源正被用于各种用途。可再生能源最近占全球发电投资的三分之二。水电、太阳能、光伏和风能在全球可再生能源发电能力中占主导地位。风能和太阳能的经济性及其具有成本效益的储存正在为未来可持续的能源系统铺平道路。

风能是仅次于水电的第二大可再生能源,在全球可再生能源总量中约占25%的份额。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,海上风电装机容量出现了显著增长。

海上风能:固定底部与浮动海上风力涡轮机
海上风电是增长最快的可再生能源之一,占2018年全球累计风电装机容量的4%左右。欧洲是海上风电装机容量的领先者,英国占全球总装机容量的35%以上,其次是德国,约占27%。海上风力涡轮机有两种类型:固定底型和浮动型。

固底式海上风力发电机组技术比浮式海上风力发电机组技术更为成熟,目前在海上风力发电装置中占主导地位。前一种类型的涡轮机比常规涡轮机容易安装。此外,固定底部的海上风力涡轮机可以安装在近海岸的地点,而相比之下,固定底部的风力涡轮机技术更复杂,安装在深海。

家禽养殖场通常安装在水深超过40米的复杂海床条件下。在深海安装风力涡轮机带来了许多挑战,其中一个主要挑战是开发一个能够承受深海湍流的平台。其他困难还包括铺设高压输电线路,以及在深海安装、操作和维护风力涡轮机。

海上风的演变
深海风速比近海或陆上风速高;因此,流式涡轮机比固定底部的同类涡轮机多获得80%的风力。这使得风力涡轮机的产能利用率比固定底部的海上和陆上风力涡轮机更高。

为了在深海中利用更高的风速,FOW涡轮机在2009年至2016年间在日本、西班牙、挪威和瑞典进行了概念设计,总共展示了6个全尺寸原型机。到2016年,这些原型的成功示范占了超过20兆瓦的装机容量。由于原型机提供了一个全系统模拟器或所需系统的相关部分,因此随着Hywind Scotland的部署,从2017年开始了FOW涡轮机的商业化前期阶段,这是第一个完全运行的6兆瓦的fofarm。

双桨风力发电机组的安装和维护成本明显高于海上固定底风力发电机组。因此,由于安装成本较高,大多数fo涡轮机需要政府的大力支持,以达到商业准备,并在短期内实现成本降低的潜力,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。最流行的平台类型有驳船、桅杆浮标、半潜式、张力腿平台、多涡轮机/混合海浪和半桅杆。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6兆瓦的大型风力涡轮机非常适合风力发电机。随着风力发电技术的发展,大容量风力发电机组的开发可以进一步降低风力发电机组的运行成本。涡轮机制造商最近扩大了他们的风力涡轮机组合,从6兆瓦额定风力涡轮机到12兆瓦,具有220米转子和107米叶片,总容量系数超过60%。

漂浮在海上的风的挑战
尽管浮式风电场相对于固底式海上风电场有诸多优势,但仍面临着当地居民的反对。这种能源对海洋生态系统构成威胁,并可能由于高压电力线产生的电磁场而导致渔区减少。缺乏具有专业知识的专业船只和迟迟不提交环境影响评估报告是项目开发商面临的其他主要挑战。

未来的路线图
全球风能理事会(GWEC)估计,到2030年,全球风电产能将达到约6千兆瓦。美国能源部下属的国家可再生能源实验室(NREL)预计,美国、中国和欧洲12-50兆瓦的多涡轮阵列项目将在2023年实现商业化。此外,根据NREL的说法,到2024年,超过400兆瓦的浮动阵列预计将在美国完全商业化。

只要降低成本的速度比目前预期的要快,FOW在扩大海上风能领域方面具有可行性和经济吸引力。