在全球海上風(fēng)電步入深遠海的當(dāng)下，浮式海上風(fēng)機已不再局限于傳統(tǒng)主流的單個機組樣式設(shè)計，風(fēng)機平臺設(shè)計的創(chuàng)新正為海上風(fēng)能資源開發(fā)提供新的動力。
近日，歐洲浮式海上風(fēng)機生產(chǎn)商SeaTwirl公司宣布，其研發(fā)的垂直軸浮式風(fēng)機獲得挪威政府批準(zhǔn)，可在挪威水深50米以上的深海區(qū)域開展浮式風(fēng)電樣機相關(guān)試驗。這是全球首例可投入實際工業(yè)應(yīng)用的垂直軸浮式風(fēng)機案例，開創(chuàng)了垂直軸浮式風(fēng)機應(yīng)用先河。
實際上，在全球海上風(fēng)電步入深遠海的當(dāng)下，浮式海上風(fēng)機已不再局限于傳統(tǒng)主流的單個機組樣式設(shè)計，風(fēng)機平臺設(shè)計的創(chuàng)新正為海上風(fēng)能資源開發(fā)提供新的動力。
垂直軸風(fēng)機受青睞
據(jù)SeaTwirl公司官方網(wǎng)站介紹，目前，浮式海上風(fēng)電領(lǐng)域主流的風(fēng)機大多使用的是水平軸轉(zhuǎn)動發(fā)電方式，而此次獲得下水試驗批準(zhǔn)的機型采取了圓環(huán)形狀的風(fēng)機葉片設(shè)計樣式，用垂直軸轉(zhuǎn)動的方式進行發(fā)電。此次計劃投入試驗的樣機功率為1兆瓦，該公司稱，未來將進一步加大浮式風(fēng)電機組發(fā)電功率。
公開消息顯示，SeaTwirl公司于2010年進入垂直軸浮式風(fēng)機研發(fā)領(lǐng)域，是目前少有的垂直軸浮式風(fēng)機開發(fā)商。在該公司技術(shù)總監(jiān)喬納森·博思慕看來，與水平軸轉(zhuǎn)動的浮式風(fēng)機相比，以垂直軸轉(zhuǎn)動的風(fēng)機重心相對較低，發(fā)電設(shè)備距離海平面更近，不僅方便安裝、維護，其穩(wěn)定性也相對更高，更加適用于深遠海區(qū)域。
不僅如此，英國曼徹斯特大學(xué)研究人員巴勃羅·歐羅也在一份研究中指出，在海上風(fēng)電場中，垂直軸浮式風(fēng)機受到的尾流干擾相對較少，這也意味著風(fēng)機能夠更好地捕獲風(fēng)能，有助于提高發(fā)電量。另據(jù)SeaTwirl公司測算，應(yīng)用垂直軸浮式風(fēng)機或可將浮式風(fēng)電場的平準(zhǔn)化度電成本降低20%左右。
近年來，全球海上風(fēng)電裝機量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，近海風(fēng)能資源已得到了相對充分的開發(fā)，為獲得更豐富的海上風(fēng)能資源，深遠海風(fēng)電開發(fā)已勢在必行。面對龐大的深遠海風(fēng)能資源儲量，全球風(fēng)電設(shè)備制造商都在摩拳擦掌，除了不斷提高海上風(fēng)機單機功率之外，更是在結(jié)構(gòu)、設(shè)計上創(chuàng)新，推出了前所未有的樣機設(shè)計。
浮式風(fēng)機樣式愈加豐富
除了環(huán)形垂直軸風(fēng)機外，采用兩臺風(fēng)機的“雙頭”浮式風(fēng)機技術(shù)便是另一大范例。2020年，歐洲浮式風(fēng)機設(shè)計生產(chǎn)商Hexicon公司就宣布了“雙頭”浮式風(fēng)機的開發(fā)計劃。2022年底，歐洲專利局確認授予該浮式平臺技術(shù)專利。時至目前，該公司的旗艦產(chǎn)品TwinWind已獲得了英國、意大利、韓國等多國的海上風(fēng)電場訂單，開始進入實際應(yīng)用階段。
Hexicon公司首席執(zhí)行官曾表示，該公司開發(fā)的浮式風(fēng)電平臺可提高特定水域的風(fēng)機密度，有效降低了風(fēng)機平臺和海纜數(shù)量，能夠更有效地實現(xiàn)電力生產(chǎn)并降低成本。
去年下半年，明陽智慧能源集團股份公司也面向全球發(fā)布了雙轉(zhuǎn)子浮式海上風(fēng)電平臺“OceanX”，該機組正是在浮式基座上搭載了兩臺單機功率為8.3兆瓦的機組，以“V型”排列，將在今年下水安裝。
不僅如此，在風(fēng)機設(shè)計公司W(wǎng)CS看來，除了“雙頭”機，在漂浮式平臺上排列數(shù)十乃至上百臺風(fēng)機一并進行發(fā)電的設(shè)計同樣具有潛力。2021年，該公司宣布與工程承包商Aibel公司合作研發(fā)多風(fēng)機排列的浮式平臺，利用大量風(fēng)機形成超大陣列，遠遠看去儼然一面風(fēng)帆。WCS公司首席執(zhí)行官表示，這一浮式風(fēng)機設(shè)計方式與主流方式相比可降低80%的海上風(fēng)電場使用面積，同時能夠降低海上風(fēng)電生產(chǎn)成本，提高浮式海上風(fēng)電成本競爭力。
降本將成浮式風(fēng)電發(fā)展關(guān)鍵
值得注意的是，從目前已經(jīng)面世的各類浮式風(fēng)機的創(chuàng)新設(shè)計來看，降本始終是樣機設(shè)計繞不開的議題。業(yè)界普遍認為，隨著全球海上風(fēng)電開發(fā)步入水深超過50米的深遠海區(qū)域，傳統(tǒng)固定式海上風(fēng)機經(jīng)濟性大幅下降，浮式平臺已成為首選。然而，直至目前，浮式海上風(fēng)電尚未進入商業(yè)化開發(fā)階段，成本高企成為深遠海風(fēng)電開發(fā)的一大阻礙。
不過，全球風(fēng)能理事會認為，隨著多國浮式海上風(fēng)電項目推進、技術(shù)不斷創(chuàng)新，浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)距離商業(yè)化已經(jīng)不遠。該機構(gòu)指出，英國、中國、挪威等國已新增了多個浮式海上風(fēng)電項目，在各國浮式海上風(fēng)電相關(guān)支持政策刺激下，2030年前，全球浮式海上風(fēng)電裝機量有望達到1890萬千瓦。而風(fēng)機技術(shù)的創(chuàng)新、資本支出的提升、項目設(shè)計的改善等因素都將成為推動浮式風(fēng)電降本的關(guān)鍵因素。2035年至2050年期間，全球浮式海上風(fēng)電度電成本降幅可達17%至40%。
對于我國浮式海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)來說，行業(yè)人士普遍認為，在海上風(fēng)電供應(yīng)鏈不斷成熟的當(dāng)下，浮式海上風(fēng)電的降本速度或高于預(yù)期。市場研究機構(gòu)平安證券在研報中表示，盡管成本依然較高、商業(yè)化尚需時日，但浮式海上風(fēng)電具有較清晰的降本路徑，包括風(fēng)機單機容量進一步提升、規(guī)模效應(yīng)帶來的成本下降、浮式基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計等，國內(nèi)供應(yīng)鏈基礎(chǔ)較好，未來有望實現(xiàn)快速降本。
