海洋解锁 - 浮动风的未来

14.06.2021 /Erlend Gjelstad Jakobsen.尼古拉·艾恩赛德

今天,风能部门由两大类 - 陆上风和海上底部固定风。新兴类别浮动海上风(FOW),进入了快速增长和投资的阶段,看起来很准备成为风能发电的基本三大支柱。

想象一下在海上的瞬间,在你能想象到的最猛烈的风暴中——雷鸣般的海浪碰撞着翻滚的海水泡沫,冰雨的暴风,当然,还有呼啸的大风拍打着海面。现在想象一下,在这场风暴的中心,一个有埃菲尔铁塔那么高的风力涡轮机,在海浪上上下浮动,顽强地捕捉风的能量,同时承受着大自然愤怒的全部力量。

You’d be forgiven for thinking this sounds a little far-fetched, but in recent years technological advancements have reached a point where deep water floating offshore wind (FOW) is not only undergoing intense research and development, it is on the cusp of becoming mainstream.

上诉很明显。安装在浮动子结构上的涡轮机可以在水中安装在800米的水中,解锁估计的80%的全球海上风力资源,以超越底部固定的海上风。由于反弹朝着陆上和近岸涡轮机的视觉和噪声污染增长,因此母鸡有可能成为风能产业的一个组成部分,以及全球绿色转型。

在海洋的偏远地区发电机的涡轮机似乎是一个无脑子,但仍然仍然存在,特别是在成本效益比率上。声称,来自母鸡的电力可能会产生那么多,因为陆上涡轮机产生的那么多,导致呼吁关注现有技术以实现排放算法。其他问题涉及腐蚀性海洋环境中的维护需求和寿命。

尽管如此,该技术持续成熟,提出的挑战不断解决。母鸡似乎遵循陆上和底部固定风经历的趋势,因为新的创新促进了效率升级,价格下跌。除了访问更强大和一致的风之外,浮动系统可以利用现有的大量风力供应链,并支持比底固定的设计更大的涡轮机。较大的涡轮机意味着更多的能量。

根据Erlend Gjelstad Jakobsen,挪威Cowi的副项目总监,挪威海军院长“共识是,该技术将到2030年达到成熟,通过该技术,预计安装家禽总量的总金额将占总数的10%左右底部固定容量。80%的可用风力资源坐在超出底部固定涡轮机范围之外,FOW有可能最终超越底部固定风作为主导的离岸技术。
80%的可用风力资源坐在超出底部固定涡轮机范围之外,FOW有可能最终超越底部固定风作为主导的离岸技术。
Erlend Gjelstad Jakobsen.

In a massive vote of confidence, a 2019 report from the International Energy Agency stated that offshore wind, including floating wind, is capable of producing 11 times more electricity than the world needs, and could attract around USD 1 trillion in investments by 2040. Let’s dive deeper into where the technology is now, and where its headed.

浮动风的不可避免的进步

近年来,近期固定的海上风力发展飙升,雄心勃勃的项目,如13千兆瓦(GW)丹麦能源群岛继续安排。然而,60米的上部深度限制对幸运地区的区域有限,足以进行相对浅的海床。事实上,71%的地球表面被水覆盖超过200米。对于被暴跌的大陆架包围的国家,FOW提供了第一个挖掘其海洋资源进行清洁能源生产的真正机会。

在现有的风技术上有一个关键的优势母源是距离大多数人类活动的距离。它没有占用的土地可用于更加生产的目的,远离沿海水域的移动涡轮机可以创造更多的开放性和较少的危险性渠道。还有生态益处太漂浮涡轮机可以更容易地避免迁移的飞行路径和育种和喂养场地,从而减少鸟类和蝙蝠死亡。

除了发电的明显使用外,深水中的可用风力资源的纯净量赋予了绿色过渡中发挥着作用的潜力:电力电解生产清洁的氢气,破碎的海水和脱碳能量密集提取行业,命名几个。

浮动海上风信息图

港口和海洋基础设施行业的福音188金宝博网址

预计家禽的扩张将成为港口和海洋基础设施行业的福音。188金宝博网址大多数浮动设计需要专用的港口设施,用于施工,维护和安装,沿海地区的下降可以将其基础设施重新融入Fow Foiced设施。188金宝博网址浮动系统需要比底部固定系统更少的海洋操作,并且能够在陆上服务,或者在港口的安全性,是一个大的加号。房屋涡轮机的浮力子结构旨在承受开放海洋的野生力量,导致约20年的相当长的寿命。

为了充分发挥FOW的潜力,需要对输电基础设施进行大量投资。188金宝博网址Erlend Gjelstad Jakobsen解释说:“长距离传输能量需要坚固、动态的海底电缆,设计得能够承受终生不断的移动。由于浮动风场通常比底部固定风场离岸更远,因此需要使用高达220千伏电压的动态电缆。此外,FOW动态电缆的需求超过了目前海上钻机行业的使用需求,这给开发商带来了另一个挑战。”浮动涡轮机还可以连接到海上变电站或能源岛,从那里电力可以进一步分配或转换为绿色燃料。

FOW的经济学是建筑和安装成本之间的相互作用,由增加的电力生产从更多的能量条件增加来。降低家禽系统的成本需要良好的老式工业化,实现规模经济。浮动子结构已被识别为具有单一的最大成本降低电位,并且由于涡轮机的尺寸增加,子结构的成本不会线性扩展。浮动涡轮机可能是底部固定的尺寸的两倍,产生两倍的功率,并且其基础的成本不会随着它的一半而异。

作为Erlend Gjelstad Jakobsen解释说,“海上风的主要挑战是价格平价,其能源(LCoE)的均衡成本可口决息。现在,浮动技术已被证明是可行的,这是一个减少LCoE的问题,正如底部固定的风一样。对于COWI,我们的市场方法是提供非专利解决方案,使我们能够适应供应链中存在的局限性和机会的设计。这是我们在底部固定市场中采取的相同方法,这对促进连续生产并降低成本至关重要。随着每个项目都是独一无二的,我们有一个心态,允许我们的承包商和开发人员指定他们希望如何制作和安装系统,并相应地调整设计。“

旨在承受地球上一些最敌对的条件

四个主要的家庭作品:(L-R)浮桥/驳船,半潜式,翼叶浮标和张力腿平台

四个主要的家庭作品:(L-R)浮桥/驳船,半潜式,翼叶浮标和张力腿平台

FOW与其他风能技术的主要区别在于浮力子结构。称为类型的四个主要设计是:

  • 单点锚定(SPAR)浮标系统。
  • 张力腿平台(TLP)系统。
  • 半潜式系统。
  • 浮筒/驳船(P / B)系统。

每个类型的类型都具有优缺点。最合适的设计始终取决于网站的条件和项目要求。

单点锚定(SPAR)浮标系统:

翼梁浮标子结构具有最简单的形状,是最容易和最便宜的生产。长而圆柱形的牵伸延伸约80米以下,加权以保持低的重心。大型草案使得翼梁浮标最适合非常深水,并提供高抗波击和滚动力。翼梁浮标是被连接链条停泊和拖曳嵌入或吸锚。它们是安装最复杂的系统之一,因为必须将子结构拖到该位置并浸没,然后涡轮机可以安装在顶部的钻石起重机驳船。

张力腿平台系统:

张力腿平台的下部结构已经广泛用于海上石油和天然气平台,最适合70至200米深的水域。它们的特点是一个淹没在水下的中心柱,通过绷紧的垂直肌腱固定在海床上,这限制了俯仰和滚动时的运动。垂直系泊需要比悬链线更高的支撑力,因此安装成本更高,而且对极端天气、地震和土壤液化更敏感。另一方面,垂直系泊的占地面积比其他类型要小得多,这在鲸鱼迁徙路线等敏感生态区域具有优势。

半潜式系统:

半潜式地下结构由大型柱状管组成,相互连接,部分淹没。一根柱子上可能有一个涡轮机,所有的柱子上都可能有涡轮机,或者涡轮机可以用支架固定在中间。半潜式船采用悬链链系泊和拖曳式预埋锚,非常适合大多数水深。与P/B系统一起,它们可以被完整地拖到现场,而且是最容易安装的,只需要拖船和锚船。

浮桥/驳船系统:

P / B系统由钢或混凝土船体组成,通过粘附的系泊线固定在海底上。这些浮桥可以承载多个涡轮机,通过分布浮力和大加权水平面积保持稳定性。P / B设计的缺点是其对波浪和俯仰运动的敏感性,使它们更适合平静的水。

该行业越来越集中在易于现场安装方面,并且可以简单地漂浮并连接到海底电缆的设计被视为固有的有利。半潜水器是最容易构建的,目前正在接受最受关注的,但任何给定项目的最佳设计总是取决于位置。

我们今天在哪里?我们是如何走到这一步的?

1972年由马萨诸塞州大学威廉英雄教授介绍了大规模浮动风力涡轮机的想法,但首先在1990年代开始出现在主流研究界的雷达上。直到2007年,这是世界上第一批涡轮机部署,但从那里,部署和进步已经开始播放。

以下是到目前为止的主要时间表中的一些关键时刻:

2007年12月:世界上第一款TLP的FOW涡轮机于意大利普利亚海岸部署了21km,深度为113米。涡轮机收集了风和海况的数据,并于2008年底退役。

2009年9月:安装了第一个大容量涡轮机,这是一个名叫Hywind的翼撑浮标结构,在挪威Karmøy西南30公里。该设计由120米高的涡轮机组成,容量为2.3 MW,位于220米的深度。在2010年,Hywind在11米波浪中幸存下来,没有损坏,到2016年,已经生产了50多金发的电力。

2011年9月:第二个电网连锁全级涡轮机,半潜水式,安装在葡萄牙,生产17多年的电力5年。它在2016年退役。

2013年11月:日本推出了福岛生长农场示范项目,采用了半潜水子结构上的三个涡轮机。该项目达到其12号能力预计将于2021年退役。

2017年10月:当Hywind苏格兰安装了29公里的Peterhead,Aberdeenshire时,它成为了世界上第一家商业系列的运作。它在翼梁浮标子结构上具有五个6 MW涡轮机。

2017年10月:在法国海岸附近,一艘驳船下部结构上安装了一台发电能力为2mw的涡轮机。

2020年7月:世界上第一个半潜水农场的三个涡轮机25兆瓦,是葡萄牙海岸安装的,为每年提供足够的能源来供应60,000名客户。

领导市场的比赛正在升温

2020年代的特点是富含雄心勃勃的新系数项目,因为该技术继续向期时间迈进。通过解决对浮动风的挑战,浮动的浮动风力,国家和公司,即将出口其技术,专业知识和关键学习以获得最多的国家。目前,欧洲正在领导包装,但亚洲的计划并不雄心勃勃,世界上很少有沿海地区,其中一些规模不会是一个有价值的投资。

欧洲当前和计划的主要项目和示范

目前和计划在亚洲的FOW项目和示范

在欧洲和亚洲现有和计划的FOW项目和示范。

未来几年计划的一些显着发展是:

2022:在吕宁苏格兰的成功之后,88兆瓦农场Hywind批发,是由于安装在挪威。该农场将包括11个涡轮机上的旋转浮标子结构。

2023:在法国,24 MW EOLMED项目将在驳船子结构上具有三个涡轮机,并将安装在地中海。

2023:韩国的第一浮风项目将开始建设,初始容量为500兆瓦。这将最终成长为五个项目,容量为2 GW。

2020年代中期:在美国,正在计划150兆瓦红木海岸项目。它将使用半潜式类型的类型,并位于加利福尼亚州洪堡湾的海岸。

Cowi将风能视为国际商业优先事项并不是秘密,并且是可以在浮风市场中寻找领先地位的机会窗口的认识。该业务目前正在涉及欧洲和北美的商业项目,并正在与关键行业参与者一起投资几个研发项目,以改善涡轮机供应商和子结构设计师之间的界面,并开发更有效的综合负荷方法分析。

Erlend Gjelstad Jakobsen指出,“浮风的兴起对Cowi来说是令人兴奋的,因为我们已经证明自己是风能和海洋工程市场的极其优势的全方位服务提供商。我们在陆上和最近固定项目中磨练的许多技能是可转换的,并且差异点将我们带来了一个新的工程领域来潜入。我们的许多关键账户客户参与发展和试验,我们在许多重要的新兴市场中有一个强大的当地业务。“

我们在陆上和最近固定项目中磨练的许多技能是可转换的,并且差异点将我们带来了一个新的工程领域来潜入。
Erlend Gjelstad Jakobsen.

北美洲郡的能源和海洋高级副总裁Ron Heffron(在北美洲)的高级副总裁说:“在Cowi,我们的竞争力将在我们进入这个市场时服务,但与我们在最近固定的海上风的工作很多foundations, we don’t endorse one specific typology. We prefer to design systems which best serve the unique needs of the location and the developer, considering environmental factors, local content requirements, water depth and so on. As with other wind technologies, our role is to be independent advisors capable of working with all technologies.”

随着投资和补贴的增长,政府行动计划巩固,并在第一波海上风抓住了这个新机会的地区,很难想象即将推出的全球推出放缓。

当我们超越化石燃料的时代,转而利用地球的自然力量时,有必要反思一下漂浮风力涡轮机的想法曾经是多么荒谬。这恰恰表明,当好奇心、决心、共同创造和技术发生碰撞时,即使是最牵强的想法也能实现。就像埃菲尔铁塔大小的风力涡轮机的海洋,漂浮在深海中,不受海浪的伤害,也不被风吹弯。

5个关键的外卖:

  • 浮动海上风力涡轮机可以安装在水中深达800米,估计占全球海上风力资源的80%。
  • 国际能源机构2019年的一份报告称,海上风能,包括漂浮风,有潜力产生比世界需求多11倍的电力。
  • 除了发电之外,浮动风力有可能在绿色过渡中发挥多种作用,包括生产清洁的氢燃料,海水淡化海水和脱碳行业。
  • FOW与其他风能技术的主要区别在于浮力子结构。主要有四种类型:柱形浮筒、张力腿平台、半潜式浮筒/驳船。
  • 大型浮式风力涡轮机的想法最早是在1972年提出的,但这个话题在20世纪90年代开始被广泛研究。2007年,世界上第一台FOW涡轮机投入使用。

认识专家

我的工作有意义,这对我很重要。我觉得在这种动态时间成为一个工程师,参加了迅速发展的新行业冒险。浮动风在看到巨大的技术进步,这意味着我们在该领域工作的人们可以尝试各种角色和战斗新的技术挑战。总而言之,每个项目都要求且专业挑战,我们正在学习很多。我开始使用海上浮动结构的职业生涯,所以对我来说,它代表了利用这种能力来帮助过渡到绿色能源的绝佳机会。

取得了联系

Cowi员工Erlend Gjelstad Jakobsen

Erlend Gjelstad Jakobsen.
副项目总监
挪威海洋和基金会

电话:+47 975 37 070