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          浮式風電是海上風電的未來趨勢嗎?
          發布時間:2023-10-20
          出品:科普中國
          作者:寒木釣萌(科普創作者)
          監制:中國科普博覽

          浮式風電,就是主體漂浮在海上,并用錨鏈固于海床上的風力發電機。

          浮式風電

          (圖片來源:Wiki)

          浮式風電

          (圖片來源:Wiki)

          看到上面這種奇特的海上風電后,很多人在感到好奇之外,可能還會生出這樣的疑問:

          不是已經有陸上風電、固定式近岸海上風電了嗎?為什么現在又出來一個浮式風電?

          常規傳統海上風電,安裝在近岸,固定式。

          (圖片來源:Wiki)

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          風電的進階

          浮式風電的出現并非人們一時興起。實際上,在風力發電得到蓬勃發展的前提下,浮式風電的出現幾乎是一種必然。

          設想這樣一個問題:

          很多年前,各國最初在發展風電時,他們會做出何種選擇?是優先發展陸上風電,還是近岸海上風電,抑或是浮式風電?

          答案只有一個,優先發展陸上風電,因為陸上風電設計簡單,便于運輸,更便于安裝,各方面的難度都是最小的,繼而成本也是最低的。

          于是,陸上風電最先得到了蓬勃發展,然而,在發展的過程中,陸地上的優質風場就不夠用了。

          此時,各國若還想繼續發展風電,就只有一條路了,那就是海上風電,海上的風大,且穩,海水深度從幾米到三四十米不等,在這樣的淺海區域發展風電不占用任何土地,簡直是絕佳選擇。

          然而,近海優質風場必然也有使用完的一天,到時,又該怎么辦?

          海上風電裝備由淺入深的發展示意圖,前兩個是固定式海上風電,后三個是浮式風電。

          (圖片來源:歐洲風能協會)

          上面的示意圖中,前兩個是傳統海上風電,第一個水深在0—30米,成本最低,第二個水深在25—50米,成本較高。

          事實是,找到一處近岸極為優質的風場并不是一件容易的事。假設,已經找到了這么一個近海優質風場,之后必然是要大力開發,然而越開發,海水深度就越大,當水深超過50米后,傳統海上風電的成本就會急劇升高,以致變得不可行。

          怎么解決?浮式風電就是最好的解決之道。

          然而,你如果認為,浮式風電是海上風電發展到現在后才出現的創意,那就錯了。

          因為這種創意并不是那么復雜,早在1972年,就有研究人員提出了浮式風電的設想。只是由于技術難度大,成本造價過高,浮式風電在當時沒有得到發展。

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          是未來趨勢嗎?

          大約71%的地球表面積被海洋覆蓋,而全球海上風力資源中的80%又都集中在水深超過60米的海域。

          回到標題提到的問題,浮式風電是海上風電的未來趨勢嗎?

          答案是:

          如果海上風電要想數十年,甚至上百年持續不斷發展下去,那么浮式風電就是海上風電的未來趨勢。因為近岸優質風場總有使用完的一天。

          還有就是,全球海上風力資源中的80%都集中在水深超過60米的海域。

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          各種優勢

          海上風電從固定式走向浮式,恰如籠中鳥飛出鳥籠,讓浮式風電一下子擺脫了50米—300米水深的限制,將可開發的風場區域一下子擴大了很多很多倍。

          在建設海上風電場的過程中,最大的一個訴求就是盡可能降低發電成本,而降低成本又有多種方式,例如:

          需要在風力更加強勁且穩定的海上放置風力發電機,此時,風機無論是白天還是夜里,都能長時間高功率運行,繼而實現在相同時間內發出更多的電力。

          這一點,浮式風電恰好能滿足得很好,因為其擺脫水深的限制后,能在更廣闊的海上找到這樣的優質風場。

          第二個降低成本的方式就是提高風場規模,就是說,在一片狹小、距離海岸就幾百米的的海域,如果僅僅只安裝了一臺風機,那么這樣做的成本是很高的。

          為了這一臺風機,還需要專門鋪設一條海底電纜,將其所發的電力傳輸到陸地。

          較大規模的風電

          (圖片來源:wiki)

          然而,若這片海域可供安裝的風機數量多,固定式加浮式,一下子安裝了上百臺風機,那規模就很大了,繼而,后期的運營成本,以及其他成本就能降低很多。

          而在規?;?,浮式風電天然就具備更大的優勢。相比0—50水深的海域,50—300米水深的海域面積實在是要大得多。更有利于大規模發展優質風場。

          第三個可以降低成本的地方,就是在安裝成本上下功夫。在這一點上,浮式風電反而有一點小優勢,而這個優勢是其自身屬性帶來的。

          因為浮式風電是可以漂浮在海上的,所以,大可以先在碼頭安裝好,然后使用拖船將其拖運到目標海域即可。

          而在碼頭安裝,其好處就是可以利用碼頭上的各種重型起重裝備。


          在碼頭直接吊裝浮式風電

          (圖片來源:中國海油)

          將在碼頭安裝好的浮式風電拖運到目標海域

          (圖片來源:央視新聞)

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          目前的劣勢

          上文提到的全是浮式風電的優勢。但很顯然,浮式風電有其自身的劣勢。

          上文提到,浮式風電便于獲得優質風場,這能降低風電場的發電成本,同時也便于擴大規模,這也能降低風電場的整體成本。

          然而,具體到單個浮式風力發電機的制造時,它就沒有優勢了。別說跟陸上風電相比,就是跟傳統固定式海上風電相比,浮式風電的制造成本也很高。

          一方面,這是由于相對其他風電,浮式風電起步最晚。另一方面,這是其技術難度高決定的。

          研究人員認為,浮式風電的成本并不會隨著它的繼續發展而低于固定式海上風電,他們認為,隨著規?;图夹g迭代后,兩者的成本都會下降,繼而兩者的成本差異也將在未來隨之縮小。

          根據從業研究人員的分析預測,到2050年時,浮式風電的成本將下降近70%。

          目前,不少國家都在研制浮式風電,并加大了浮式風電的安裝建設。我國也不例外,2022年,中國自主研發的浮式風電,功率為6.2兆瓦的“扶搖號”完成總裝,并在水深達65米的廣東湛江羅斗沙海域進行了示范應用。

          2023年初,中國“海油觀瀾號”浮式風電下線,在海南120米深水海域完成安裝。

          目前,我國的浮式風電還處在樣機示范階段。不過,我們有理由相信,隨著浮式風電相關產業鏈的完善,以及規?;图夹g進步帶來的各項成本下降,浮式風電在未來也許會得到更大規模的發展。


          科普中國官方網站: https://www.kepuchina.cn/
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