The game changer

馬星辰

2017年10月北京國際風能大會暨展覽會（CWP2017）上，來自挪威石油公司風能及低碳解決方案的技術總監RajnishSharma發表題為 《Hywind浮式風力發電–開拓海上風電新篇章》的主題演講【1】。向我們介紹了全球首座漂浮式風電場Hywind，10月18日已正式在英投產，將大家的視線聚焦于全新海上風電基礎形式，是當之無愧的局勢改變者。

蘇格蘭Hywind風力發電場位于距蘇格蘭阿伯丁郡彼得黑德海岸25公里的海域，總裝機容量30兆瓦，由挪威國家石油公司和阿聯酋阿布扎比馬斯達爾公司聯合運營，造價約1.9億英鎊（約合2.5億美元）。挪威國家石油公司負責新能源業務的執行副總裁伊雷妮·魯梅爾霍夫說，這種發電場能在水最深800米的海域運作，從而使此前海上風力發電無法開展的海域得以利用。從蘇格蘭海溫德風力發電場獲得的經驗將為全球漂浮式海上風電市場帶來新機遇。

現有的離岸風力發電廠通常是將基座固定在海床上。而有了革命性的新技術，就能在無法使用傳統方法固定的深水區域進行風力發電。挪威國家石油公司稱，風機葉片是技術創新的重點所在。葉片使用了具有突破性的技術，通過旋轉來減少風、海浪和水流帶來的震動，使發電塔保持直立。

據了解，蘇格蘭Hywind風力發電場占海域面積4平方公里，水深在95米至129米之間，所處海域平均風速約每秒10米。5臺6MW的風機安裝在Spar式基礎上并通過錨鏈固定在海床，浮動基礎的重量約為3，200t，包括超過1000t的高密度混凝土。每臺風力渦輪機重1.2萬噸，高253米，其中水下78米，露出水面175米。每個風機葉片長75米，幾乎相當于一架空客飛機的翼展長度。

“那么我們再來講一下Hywind的概念，以及漂浮式的概念，” RajnishSharma說到，“我們在2001年的時候已經有這個想法，2005年做了一個測試……我們挪威的行業，包括像海上一些程序、運營我們都有豐富的經驗，在2009年的時候我們開發出了漂浮式的概念，之后我們在英國的海岸也做了相關項目實驗。”

作為國家石油公司的挪威石油，很早就開始布局新能源產業。2001年推出了Hywind浮式風機概念。Hywind是Spar基礎浮式風機，采用Spar基礎的好處是平臺小水線面，運動性能好，極限海況適應能力好，無條件穩性。

挪油2009年推出了2.5MW的Hywind樣機，服役在挪威沿岸10km的挪威北海，水深200m，于2009年9月開始運行。這種風機的發電機葉片直徑為80米，高出海平面約65米[2]。建造它的時候，不是在陸地上組裝完再安裝到海上的，而是通過輪船上的吊車在海上一點點搭建組裝而成，并根據實際情況及時調整。自運行以來已經累計發電37.6Gwh，整體表現還是非常好的。服役期間經受住了44m/s風速和19m最大波高的考驗，證明了Hywind的可靠性。

Spar基礎的長運動周期、無條件穩性是Hywind成功的重要保證，但同時也面臨著建造、安裝的局限。挪威有條件良好的深水港灣，Spar基礎的扶正、壓載可以在環境條件較好的港灣內進行，換到世界其他海域，有可能安裝過程會變得復雜一些。

和Hywind2009年的樣機相比，2017年正式在英投產的Hywind風力發電機組，體型大了一圈，成本卻降低了60～70%[3]。

Hywind Scotland 2017年 10 月成功在英國蘇格蘭外海投產，在長達 3個月的風力測試中，表現也令人滿意。根據挪威國家石油公司（Statoil）資料，電廠平均風力容量因數（Capacity Factor）達65%，遠高于美國陸上風電平均的37%，也比一般離岸風電還要高。

容量因數為電廠實際發電量除以額定發電量所得出的比率，像太陽能與風能等再生能源為間歇性能源，當風速小于風機最適合的風速，或是日光不足時，發電能力便無法提升至最高。目前離岸風力平均容量因數為45%到60%，如要提高容量因數，除了選擇更好的地理環境，也可以依靠調節器來提升電廠性能，進而提升發電量。

Hywind Scotland電廠容量因數測試區間為2017年11月至 2018年1月，當時英國正逢西風帶，該電廠先后經歷颶風與暴風，承受不少苛刻環境檢驗。2017年10月三級颶風Ophelia撲向英國與愛爾蘭，風速每小時最高達125公里，而12月初暴風Caroline最大陣風甚至超過每小時187公里，浪高更達8.2米。

Statoil離岸風電項目副總裁Beate Myking指出，先前已不斷在惡劣天氣下測試Hywind技術，而Hywind Scotland的高性能與穩定性皆出乎意料，讓團隊對這項設計越來越有信心。

Statoil新能源解決方案副總裁Irene Rummelhoff表示，全球約80%離岸風力潛力區位于水深超過60米海域，這對固定式離岸風機是項挑戰，因此浮動式海上風電將可往這些海域發展，亞洲與北美西岸皆有發展潛力。目前Statoil和Masdar也致力于降低Hywind技術成本，希望可在2030年前降至每MWh40～60歐元，能與其他再生能源競爭。

除了放眼未來公司走向，Statoil也正努力提升Hywind Scotland 電廠性能，計劃在2018年底新建1.3MWh儲能系統Batwind，讓電廠在離峰與低電價時先將電力儲存起來，并在用電尖峰與高電價時輸出，不僅能提高電廠收益，也能減少棄風的損失，并降低大約70%用電成本。

2017年是浮式風機取得突破性進展的一年，在英國海域除了挪威石油的Hywind完成安裝準備投產外，還將有另外兩個浮式風機項目將陸續在今明兩年陸續投產。除此之外，愛爾蘭、葡萄牙、法國也將有三個浮式風機項目在2020年前后投產。歷時多年，浮式風機終于從概念走向應用，似乎光明的未來就在眼前。

參考文獻：

[1]挪威國家石油公司：Hywind 浮式風力發電–開拓海上風電新篇章[EB/OL].http：//news.bjx.com.cn/html/20171017/855741.shtml.

[2]楊先碧.漂浮在大海上的風力發電機[N].上海科學技術出版社《科學畫報》雜志社，2009.04（4）.

[3]Nutshell.浮式風機，百家爭鳴[EB/OL].https：//mp.weixin.qq.com/s/jw25WXrbUKvzTb7kPM6l9Q？，2017-07-07