浮式海上风电：离岸更远，捕获更大的能量

文 | Sebastian Bringsværd

浮式海上风电：离岸更远，捕获更大的能量

文 | Sebastian Bringsværd

挪威国家石油公司（简称“挪威国油”）的浮式海上风电技术突破了水深的限制，拓宽了整个海上风电行业的市场及应用领域。2017年1月，挪威国油着手开发世界首个浮式海上风电场——苏格兰“海风”（Hywind）风电场。该风电场位于苏格兰东北海岸，平均风速达10.1m/s，由5台单柱浮式基座各装配6MW机组组成，总装机容量3万千瓦，预计于2017年10月投入使用。

“海风”浮式机组的特征优势：

•简单易组装的基底结构；

•灵活的设计，可以适用于台风环境；

•能够优化性能的桨叶控制系统；

•作业水深最深可达到700m；

•实地应用证明可行。“海风”示范项目自2009年开始运行，经受住了44m/s的风速和最高19m海浪的考验；

•可用于下一代机组。

苏格兰“海风” 相关主要参数见表1。

浮式海上风电的发展定位

浮式风电市场的吸引力主要基于几方面因素。海上固定式风电机组基底建设通常被限制在50m以内的浅海区域，而浮式风电可以安装在50m至700m的水深范围内，这说明浮式技术能满足深海基地建设的要求。据联合国数据显示，大约30亿人口生活在离海岸线100km的范围内。随着城镇化发展，开发大规模海上风电不仅可以为沿海城市提供清洁可持续电力的问题，也能为经济发展提供重大机遇。

浮式海上风电将“乘风破浪”

海上风电的成本在近年内不断下降。海上风电的迅速发展促进了技术的创新，而且通过对海上风电相关经验的积累和不断学习，不仅打造了有竞争力的供应链，也带动了大功率机组的研发生产。在这个商业领域里装机规模至关重要。目前，欧洲10个国家3589台并网机组的总装机容量达1263.1万千瓦，每年能够为超过1000万户家庭提供清洁能源电力。从发电成本的角度说，欧洲的海上风电正在向平价上网靠拢。实际上，风电产业也正在快速地摆脱政府补贴，而且，因其没有碳排放和放射性废弃物，发展风电更是替代传统能源切实可行的选择。海上风电成本如果继续降低，那么它将对浮式风电成本的进一步降低起到推动作用。挪威国油希望能够建设更多大型的浮式海上风电项目，以期从中获得规模经济效益，全球化供应链的管理和应用创新也会进一步提高。

图1 挪威国油苏格兰“海风”（Hywind）风电场（整个风电场由5台6MW“海风”浮式机组组成）

表1 苏格兰“海风” 浮式风电场的主要参数

最成熟的浮式风电概念

挪威国油很早就开始布局新能源产业。2001年推出了“海风”（Hywind）浮式机组概念。“海风”是挪威国油浮式风电的品牌，也是其对传统底部固定式海上风电项目的补充，更是所有浮式概念中最成熟的一个。挪威国油2.3MW的“海风”样机安装在挪威沿岸95m至100m水深范围内，自2009年运行以来，经受住了风速44m/s强台风和19m怒涛级海浪的考验，证明了“海风”的可靠性。在此之后，挪威国油在苏格兰阿伯丁彼得黑德海（Peterhead）岸的3万千瓦巴肯“海风”风电场建设项目，将在2017年底投产发电，届时将满足近2万户家庭的用电需求。挪威国油在欧洲海上风电市场算得上是一个家喻户晓的企业，目前已经将风电业务延伸至美国市场。作为未来具有成本效益、低风险的商业化规模浮式风电场，苏格兰“海风”项目将进一步增强浮式风电场在加利福利亚、夏威夷、法国和日本等国和地区的市场的吸引力。

发挥挪威国油的优势

通过提出和发展“海风”概念，挪威国油已经把自己定位为浮式风电领域的领导者。在所有的浮式风电概念中，“海风”是成熟性最高、危险性最低的一个。之所以具有巨大吸引力，源于它的简单性和成熟性。

在海面以下，所应用的各种核心技术都是在全世界的油气领域里可以找到的成熟技术—从单柱浮标基座到锚链，再到吸附锚。在海面以上，采用的是常规的海上风电机组和塔筒。从本质上来讲，挪威国油把油气技术和可再生能源技术结合起来，并因此获得了独特的优势，利用这一优势能够加速浮式风电产业化的发展。这当中有一个决定性因素，那就是挪威国油独家专利的运动控制系统，这个系统可以确保风电场的稳定性和高产量。浮式风电市场正在受到挪威国油的高度关注。挪威国油已经是欧洲海上风电市场的重要参与者，并且也在美国市场开发项目。通过苏格兰“海风”风电场示范项目，挪威国油已成为浮式海上风电技术发展和产业化的领导者。通过对这个具有成本效益、低风险的未来商业规模浮式海上风电场的示范，苏格兰“海风”风电场进一步提高了海上浮式风电的竞争力。通过对“海风”结构不断的简化、采用标准化的工业组件以及供应链的拓宽，挪威国油旨在大幅度降低成本，加速储备项目建设，保持浮式海上风电场的领导者地位。

“海风”风电场+储能设施

浮式海上风电场的创新还远远没有停止。挪威国油正在开发海上风电的电力储存解决方案，利用电池组和陆上变流器进行储电。在不发电的时候，电池组将释放所储存的电量用于销售。而且，挪威国油自己研发的电力管理系统还能够减少间歇性，优化电力输出。这样做可以在输送电力时提高海上风电利用效率，降低成本。将海上风电与储能电池组相结合突显了这种创新是克服传统电力不稳定性瓶颈的最好方式。这也为未来的项目应用海上风电储能奠定了基础，电量将有可能储存到安置在海上机组结构内的电池里。这种储能方式不仅提升了浮式风电的价值，也为与开发和存储相关的新业务模式奠定了基础。

图2 “海风”2.3MW样机

图3 挪威国油“海风”风电场发展进程

提供细致入微的新能源解决方案

挪威国油计划在日本、法国、美国和英国等地利用“海风”技术开发大规模商业化的海上风电场。经估算，这些风电场规模都将达到500MW甚至更大。“海风”瞄准了各个市场的微妙差别，这要求为利益相关者和客户量身定制产品，并为不同类型客户的需求提供适合他们的能源解决方案，这主要包括：

第一，大型沿海城市的市场：由于超负荷的能源需求和污染问题，大城市迫切需要清洁电力。对于纽约、洛杉矶这类城市发展大型高效率风电场来说是个机会。

第二，岛国：人口稠密的岛屿，周边水深较深，陆上可再生资源有限，不得不依赖于柴油发电。对于这种类型，可以在不同的位置开发多个风电场。夏威夷就是一个非常好的案例，挪威国油已经开始参与当地的深水浮式风电项目招标。

第三，石油和天然气海上设施：“海风”概念可以作为陆上柴油、天然气向海上石油天然气项目供电的有力竞争者，特别是在政策优势区域。短期内，挪威国油已经准备在自己的一些油气项目上应用“海风”。由于这类条件下的风电场服务对象能源需求有限（通常是50MW至100MW），因此这个市场的规模相对较小。不过，这或许恰好可以成为未来在全球实现多重设施并存目标的重要过渡市场。

战略目标旨在能源转型

挪威国油在开发“海风”概念的同时，目前正在寻求合作伙伴继续扩宽领域，开发新的商业模式，加速浮式风电全球新市场的开发。“海风”是浮式风电最成熟的概念，挪威国油认为需要开拓更多的海域应用这一概念。同时，“海风”概念成功的关键还要依赖于供应商和风电开发商、技术所有者的密切合作。浮式风电没有理由不按照甚至是低于固定式海上风电（今年在欧洲实现平价上网）的路径去发展，因为浮式风电比固定式海上风电更容易做到标准化。浮式风电的发展只是时间问题，而最好的时机就是现在。

（作者单位：挪威国家石油公司，作者系“海风”浮式风电技术总经理）