有朝一日，浮式風電場將能在不適于建造固定樁基海上風電場的深海海域一展身手。通過與挪威國家石油公司合作，西門子正在攻克打造這種浮式系統(tǒng)所涉及的技術難題。目前，兩家公司正攜手在蘇格蘭沿海建造全球**座浮式風電場。從2017年底開始，5臺6兆瓦風機將為約2萬戶家庭提供電能。
25年前，全球首座大型海上風電場在丹麥洛蘭島沿海建成，這在當時曾造成轟動。11臺風機相鄰排列，扎根在水下數(shù)米深。在此之前，同類海上風電設施從未達到如此大的規(guī)模。從那時起，海上風力發(fā)電領域在全球范圍內(nèi)穩(wěn)步興起。據(jù)歐洲風能協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)，2014年，共有數(shù)千臺海上風機被安裝在世界各地，尤其是在英國沿海，其總額定裝機容量達到8795兆瓦。雖然與陸上風電場的裝機容量相比，這個數(shù)字還相當小——單德國下薩克森州目前的裝機容量就能達到約8500兆瓦——但如果考慮到海上風電近年來的迅猛發(fā)展勢頭，顯然，海上風電正日益發(fā)展成為風電資源中的主導。2011年，全球海上風電裝機容量僅為4117兆瓦，但從2011年到2014年，裝機容量已增加了一倍多。這是因為海上風力通常比陸地上的更強勁，也更穩(wěn)定。
西門子與挪威國家石油公司合作建成全球*個浮式海上風機。這臺風機已通過海底電纜向挪威電網(wǎng)輸送電能。挪威國家石油公司為風機提供了錨泊系統(tǒng)，而西門子則提供了塔架與風機本身。
然而，海上風電場的成本會隨其基礎錨固深度的加深而增加，在深度超過50米后更是如此。因此，為了有效利用深海海域的風力資源，相關人員計劃利用由鋼索、鏈條和錨進行固定的浮式風機。
可拖動的海上風機
總的來講，浮式海上風機有許多可取之處。德國Fraunhofer風能及能源系統(tǒng)技術研究院（IWES）的風電專家Jochen Bard預計，如果能夠恰好在100米深的水下搭建浮式風機的話，浮式平臺可使歐洲的海上風力發(fā)電量增加2到2.5倍。如果能在更大海域范圍內(nèi)建造浮式海上風機，則可以通過大規(guī)模建造這種系統(tǒng)來降低成本。浮式風機的主要優(yōu)點之一是它可以預先在碼頭區(qū)完成全部裝配，然后拖運至海上運行場所，從而節(jié)約時間和費用。相對的，在深度超過50至60米的海域，固定式海上風電場的基礎錨固成本則相對高昂。浮式風電場的另一個優(yōu)點是，在許多情況下，相比于常規(guī)海上風電場，它們可以被安裝在風況更好的位置。
為了測試這項技術，2009年，西門子與挪威國家石油公司的子公司Statoil Wind Limited（SWL）合作，在挪威沿海建立了全球首臺浮式風機。此后，這臺風機就持續(xù)通過海底電纜向挪威電網(wǎng)輸送電能。挪威國家石油公司提供了風機的錨泊系統(tǒng)，而塔架和風機本身則來自于西門子。這個項目名為“Hywind Demo”，*初預設的壽命僅為5年。但是，盡管挪威海域風高浪急，風機始終持續(xù)可靠工作，所以它目前仍在運行。
*大限度地減少運動
受此次成功啟發(fā)，今年，西門子和SWL將開始建造全球首座浮式風電場。到2017年底，5臺浮式風機將被安裝在距離蘇格蘭東北角城市Petershead的海岸約25公里處，年發(fā)電量預計將達到135兆度，足以滿足2萬戶家庭的用電需求。通過“Hywind Scotland”項目，SWL希望了解，通過制造大量設備、連續(xù)生產(chǎn)和錨泊設備，以及實現(xiàn)相關運輸和供應船只的高利用率，可以在多大程度上降低浮式風電場的成本。此外，這個項目也可以用于研究一些技術問題，如鄰近風機產(chǎn)生的尾流會在浮式風電塔架間產(chǎn)生多大程度的影響或干擾。
還有一件事至關重要：就算受到波浪、風和水流的影響，風機也需要*保*盡可能少地移動。其原因是，任何傾斜或搖擺都會對機艙、轉子和發(fā)電機造成巨大壓力。同Hywind原型機一樣，SWL在蘇格蘭采用了“柱形浮標”的設計：每個浮式風機都配有一套懸浮在水下的帶壓載艙的鋼筋混凝土制物，它們被鋼索系到位于海底的重型錨上。
*早在挪威沿海建造的系統(tǒng)配備的是2.3兆瓦的發(fā)電機，而現(xiàn)在西門子為蘇格蘭項目提供的是功率更大的6兆瓦風機。西門子風力發(fā)電業(yè)務海上概念與解決方案部負責人Jesper M?ller表示：“6兆瓦系統(tǒng)不只是小型風機的擴容版。我們優(yōu)化了風機和塔架的設計與材料，所以，這個大型系統(tǒng)不會太重，也不會對結構產(chǎn)生太大壓力?！惫こ處熯€為風機配備了許多可在運行過程中自動減輕負荷的復雜系統(tǒng)。這些都將對新風電場各組件的使用壽命產(chǎn)生積極影響。
SWL專家預計，相比于樁基固定的海上風機，浮式風電場有可能降低建造成本，在數(shù)百米水深的海域更是如此。M?ller認為，在幾乎沒有淺海區(qū)的美國太平洋沿岸和日本近海有非常適合建造浮式平臺的區(qū)域。另外，在西班牙、葡萄牙和法國的近海也可能有適于建造浮式海上風機的深海區(qū)。目前，除日本的兩個試點海上風電設施之外，尚無其它項目可與蘇格蘭Hywind項目相提并論。M?ller指出：“我們的技術已經(jīng)可以被視為進入預商業(yè)化階段。目前，還沒有任何其他公司在這方面比我們走得更遠?！?
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