浮式海上风机不断涌现新样式

在全球海上风电步入深远海的当下,浮式海上风机已不再局限于传统主流的单个机组样式设计,风机平台设计的创新正为海上风能资源开发提供新的动力。

近日,欧洲浮式海上风机生产商SeaTwirl公司宣布,其研发的垂直轴浮式风机获得挪威政府批准,可在挪威水深50米以上的深海区域开展浮式风电样机相关试验。这是全球首例可投入实际工业应用的垂直轴浮式风机案例,开创了垂直轴浮式风机应用先河。

实际上,在全球海上风电步入深远海的当下,浮式海上风机已不再局限于传统主流的单个机组样式设计,风机平台设计的创新正为海上风能资源开发提供新的动力。

据SeaTwirl公司官方网站介绍,目前,浮式海上风电领域主流的风机大多使用的是水平轴转动发电方式,而此次获得下水试验批准的机型采取了圆环形状的风机叶片设计样式,用垂直轴转动的方式进行发电。此次计划投入试验的样机功率为1兆瓦,该公司称,未来将进一步加大浮式风电机组发电功率。

公开消息显示,SeaTwirl公司于2010年进入垂直轴浮式风机研发领域,是目前少有的垂直轴浮式风机开发商。在该公司技术总监乔纳森·博思慕看来,与水平轴转动的浮式风机相比,以垂直轴转动的风机重心相对较低,发电设备距离海平面更近,不仅方便安装、维护,其稳定性也相对更高,更加适用于深远海区域。

不仅如此,英国曼彻斯特大学研究人员巴勃罗·欧罗也在一份研究中指出,在海上风电场中,垂直轴浮式风机受到的尾流干扰相对较少,这也意味着风机能够更好地捕获风能,有助于提高发电量。另据SeaTwirl公司测算,应用垂直轴浮式风机或可将浮式风电场的平准化度电成本降低20%左右。

近年来,全球海上风电装机量呈现爆发式增长,近海风能资源已得到了相对充分的开发,为获得更丰富的海上风能资源,深远海风电开发已势在必行。面对庞大的深远海风能资源储量,全球风电设备制造商都在摩拳擦掌,除了不断提高海上风机单机功率之外,更是在结构、设计上创新,推出了前所未有的样机设计。

除了环形垂直轴风机外,采用两台风机的“双头”浮式风机技术便是另一大范例。2020年,欧洲浮式风机设计生产商Hexicon公司就宣布了“双头”浮式风机的开发计划。2022年底,欧洲专利局确认授予该浮式平台技术专利。时至目前,该公司的旗舰产品TwinWind已获得了英国、意大利、韩国等多国的海上风电场订单,开始进入实际应用阶段。

Hexicon公司首席执行官曾表示,该公司开发的浮式风电平台可提高特定水域的风机密度,有效降低了风机平台和海缆数量,能够更有效地实现电力生产并降低成本。

去年下半年,明阳智慧能源集团股份公司也面向全球发布了双转子浮式海上风电平台“OceanX”,该机组正是在浮式基座上搭载了两台单机功率为8.3兆瓦的机组,以“V型”排列,将在今年下水安装。

不仅如此,在风机设计公司WCS看来,除了“双头”机,在漂浮式平台上排列数十乃至上百台风机一并进行发电的设计同样具有潜力。2021年,该公司宣布与工程承包商Aibel公司合作研发多风机排列的浮式平台,利用大量风机形成超大阵列,远远看去俨然一面风帆。WCS公司首席执行官表示,这一浮式风机设计方式与主流方式相比可降低80%的海上风电场使用面积,同时能够降低海上风电生产成本,提高浮式海上风电成本竞争力。

值得注意的是,从目前已经面世的各类浮式风机的创新设计来看,降本始终是样机设计绕不开的议题。业界普遍认为,随着全球海上风电开发步入水深超过50米的深远海区域,传统固定式海上风机经济性大幅下降,浮式平台已成为首选。然而,直至目前,浮式海上风电尚未进入商业化开发阶段,成本高企成为深远海风电开发的一大阻碍。

不过,全球风能理事会认为,随着多国浮式海上风电项目推进、技术不断创新,浮式海上风电产业距离商业化已经不远。该机构指出,英国、中国、挪威等国已新增了多个浮式海上风电项目,在各国浮式海上风电相关支持政策刺激下,2030年前,全球浮式海上风电装机量有望达到1890万千瓦。而风机技术的创新、资本支出的提升、项目设计的改善等因素都将成为推动浮式风电降本的关键因素。2035年至2050年期间,全球浮式海上风电度电成本降幅可达17%至40%。

对于我国浮式海上风电产业来说,行业人士普遍认为,在海上风电供应链不断成熟的当下,浮式海上风电的降本速度或高于预期。市场研究机构平安证券在研报中表示,尽管成本依然较高、商业化尚需时日,但浮式海上风电具有较清晰的降本路径,包括风机单机容量进一步提升、规模效应带来的成本下降、浮式基础的优化设计等,国内供应链基础较好,未来有望实现快速降本。

浮式海上风机不断涌现新样式

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