海上漂浮风能

发布于2019年11月18日

对环境友好型资源和技术的需求不断增加。可再生能源日益普及,风能已成为第二大能源。虽然海上风力是增长最快的能源,但海上浮式风力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种能源。尽管该资源在实施中面临挑战,但它是一种可行且经济的选择,如果采取一些措施,它可以很容易地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组合的主流贡献者,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,可再生能源正被用于各种传统上严重依赖化石燃料的用途。最近,可再生能源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中占主导地位。风能和太阳能的经济效益及其成本效益的储存正在为可持续的未来能源系统铺平道路。

风能是仅次于水能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,在过去的几年中,由于安装成本的降低和技术的改进,海上风电容量有了显著的增长。

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一,2018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%。海上风力涡轮机有固定底式和浮动式两种。

固定底式海上风力发电机组技术比浮式海上风力发电机组更为成熟,目前在海上风力发电装置中占主导地位。前者比FOW涡轮容易安装。此外,与FOW相比,固底式海上风力涡轮机可以安装在靠近海岸的地点,后者技术更复杂,安装在深海。

FOW渔场通常安装在水深40米以上的复杂海底条件下。在深海安装风力涡轮机带来了许多挑战,其中一个主要的挑战是开发一个能够承受深海湍流的平台。其他困难包括高压输电线路的铺设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
深海风速高于近岸或在岸风速;因此,FOW涡轮比固定底涡轮多使用80%的风力。与固定底的海上和陆上风力涡轮机相比,这使得风力涡轮机的容量利用率更高。

为了在深海中利用更高的风速,2009年至2016年间,FOW涡轮机在日本、西班牙、挪威和瑞典概念化,共展示了6个全尺寸原型机。到2016年,这些原型机的成功演示占了装机容量的20兆瓦以上。由于原型机提供了一个全系统模拟器或所需系统的相关部分,随着苏格兰Hywind电厂的部署,2017年,一汽集团涡轮机的预商用阶段开始了,这是一汽集团第一个全面运营的电厂,装机容量为6兆瓦。

FOW涡轮机的安装和维护成本明显高于固定底海上风力涡轮机。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都为FOW开发了不同类型的平台。一些最流行的平台类型是驳船、桅杆浮标、半潜式、张力腿平台、多涡轮/混合波浪和半桅杆。这些技术大多是在石油和天然气公司用于深海钻井的平台上开发的。

由于风速高,容量超过6mw的大型风力涡轮机很适合用于foww。随着风力发电技术的进步,大容量风力发电机组的发展可以进一步降低fowturbine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,配备220米转子和107米叶片,总容量系数超过60%。

海上漂浮风能面临的挑战
尽管浮动风力发电场比固定底海上风力发电场有优势,但它们面临着来自当地居民的反对。这种能源对海洋生态系统构成威胁,并可能由于高压电线产生的电磁场而使捕鱼区减少。缺乏具有专业知识的专业船舶以及环境影响评估报告的延误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,全球风能发电能力将达到约6千兆瓦。美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)预计,到2023年,美国、中国和欧洲12-50兆瓦的多涡轮阵列项目将商业化。此外,据NREL称,到2024年,超过400兆瓦的浮动阵列预计将在美国完全商业化。

FOW具有可行性和经济上的吸引力,以扩大海上风能的视野,前提是成本降低的速度快于目前的预期。