海洋解锁 - 浮动风的未来

14.06.2021 /Erlend Gjelstad Jakobsen.尼古拉斯铁尔德

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。

图片在海上出去了一会儿,在最疯狂的风暴中,你可以想象 - 雷鸣波在一个搅动的海上泡沫,冰冷的雨中突然崩溃,当然,嚎叫的大风鞭打在地面。现在想象一下,在这场风暴的心脏,一个风力涡轮机的埃菲尔铁塔的高度,在波浪上晃动,顽强地捕捉风的能量,同时承受大自然的全力的愤怒。

你可能会认为这听起来有点牵强,这是可以理解的,但近年来,技术的进步已经达到了一个程度,深水海上浮动风力(FOW)不仅正在经历激烈的研发,而且即将成为主流。

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。

海上漂浮风信息图

这对港口和海洋基础设施产业来说是个福音电脑版伟德

FOW的扩张预计将为港口和海洋基础设施行业带来好处。电脑版伟德大多数浮式设计都需要专门的港口设施来进行建造、维护和安装,而衰退的沿海地区可以将其基础设施重新利用成以foww为重点的设施。电脑版伟德与海底固定系统相比,浮动系统需要的海上作业要少得多,而且能够在岸上或安全的港口为其提供服务是一大优势。容纳涡轮机的浮力基础结构被设计成能够承受开阔海洋的巨大力量,因此其使用寿命相当长,约为20年。

为了解锁FOW的全部潜力,需要大量投资传输基础设施。电脑版伟德Erlend Gjelstad Jakobsen解释说,“在这种大距离上传递能量需要强大的动态潜艇电缆,旨在承受一生的恒定运动。由于浮动风力位于底部固定风的进一步暴风,因此需要高达220 kV电压的动态电缆。此外,FIW动态电缆要求超出了海上钻机行业目前使用的东西,为开发人员呈现另一个挑战。“浮动涡轮机还可以连接到海上变电站或能量岛,从电力进一步分布或转换为绿色燃料。

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。“

设计用来抵御地球上最恶劣的环境

四种主要的FOW类型:(L-R)浮筒/驳船、半潜式浮筒、柱形浮筒和张力腿平台

四种主要的FOW类型:(L-R)浮筒/驳船、半潜式浮筒、柱形浮筒和张力腿平台

FOW和其他风技术之间的主要区别点是浮力子结构。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。
  • 浮桥/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:

TLP子结构已经广泛用于海上石油和天然气平台,最适合从70米深的水。它们具有潜水中心柱,锚固到海底垫,垂直肌腱,限制音调和卷筒的运动。垂直停泊需要比凸裂链更高的持量力量,使它们安装更昂贵,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较小,敏感生态区域(如鲸鱼迁移路线)的优势。

半潜式系统:

半潜水子结构由大型柱状管组成,彼此连接并部分浸没。一列可能托管单个涡轮机,所有列可能主持涡轮机,或者涡轮机可以通过支撑在中心中保持。半潜水疱疹利用凸状链系泊和拖曳嵌入锚点,并且非常适合大多数水深。与P / B系统一起,它们可以牵引到他们的网站,并且是最容易安装的,只需要拖船和锚定船只。

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。

我们今天的位置 - 我们是如何到达的?

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:在距意大利阿普利亚海岸21公里处113米深的地方部署了世界上第一个FOW涡轮机——张力平台。该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MW于2016年,并于2021年安排退役。

2017年10月:当苏格兰海风农场在离阿伯丁郡彼得海德29公里处安装时,它成为了世界上第一个投入运营的商业FOW农场。它的特点是5个6兆瓦的涡轮机在桅杆浮标的基础结构上。

2017年10月:驳船上部结构的涡轮机,容量为2兆瓦,安装在法国的海岸。

2020年7月:在葡萄牙海岸安装了一个三涡轮、25兆瓦的fowfarm,这是世界上第一个半潜式农场,每年产生的能量足以供应6万客户。

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

亚洲当前和计划的主要项目和示范

欧洲和亚洲的当前和计划的主要项目和示范。

未来几年计划的一些显著发展如下:

2022:随着苏格兰Hywind的成功,88兆瓦的Hywind Tampen农场将在挪威安装。该农场将由11个涡轮机组成,安装在桅杆浮标的底层结构上。

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:韩国首个浮式风电项目将开工建设,初始装机容量为500兆瓦。该项目最终将发展为五个项目,装机容量为200万千瓦。

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表示:“浮式风能的兴起让COWI感到兴奋,因为我们已经证明了自己在风能和海洋工程市场上非常有能力提供全方位服务。我们在陆上和底层固定项目中磨练出来的许多技能都是可转移的,这些不同之处为我们提供了一个新的工程领域。我们的许多大客户客户都参与了FOW的开发和试验,我们在许多重要的新兴市场都有强大的本地业务。”

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。

随着我们超越化石燃料的时代,而不是地球的自然力量,值得反思漂浮风力涡轮机似乎似乎似乎的想法。它刚才表明,当好奇心,决心,共同创造和技术碰撞时,即使是最远的想法也可以实现。像埃菲尔铁塔大小的风力涡轮机的海洋一样的想法,漂浮在深处,没有受到波浪的悬崖和笨拙的风。

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%。
  • 2019年国际能源机构报告称,海上风(包括浮动风)有可能生产出11倍的电力,而不是世界需求。
  • 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和其他风技术之间的主要区别点是浮力子结构。有四种主要类型:翼梁浮标,张力腿平台,半潜式和浮桥/驳船。
  • 大规模浮动风力涡轮机的想法是在1972年首次推出的,但首先在1990年代首次开始始于研究。2007年,世界上第一批涡轮机部署了。

认识专家

对我来说,我的工作有意义很重要。我很荣幸能在这样一个充满活力的时代成为一名工程师,参与到一个新的快速发展的行业冒险中。漂浮风见证了巨大的技术进步,这意味着我们这些在野外工作的人可以尝试各种各样的角色,应对新的技术挑战。总而言之,每一个项目都要求很高,具有专业挑战性,我们从中学到很多东西。我的职业生涯开始于海上浮动结构,所以对我来说,这是一个很好的机会来利用自己的能力来帮助向绿色能源的过渡。

取得了联系

COWI员工Erlend Gjelstad Jakobsen

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

电话:+47 975 37 070