能源島助海上風電點亮歐洲

編譯 | 孫一琳

近日，丹麥公布了多個“能源島”的計劃，每個島至少支持10GW的海上風電裝機容量，可以滿足1000多萬戶歐洲家庭的電力需求。預計項目總耗資高達3000億丹麥克朗（約合3057億元人民幣），這是迄今為止全球最大的可再生能源計劃。

據悉，目前丹麥政府已撥款6500萬丹麥克朗（約合6623.5萬元人民幣）用于前期的調研準備工作。調研區域包括卡特加特海峽、波羅的海和北海海域。主要工作是確定計劃的可行性，尋找適合建立能源島的位置，為2019年簽訂的能源協議中規定的第二個海上風電場選址，以及開展海上風電場項目與能源島項目結合的研究。

丹麥氣候、能源和公用事業部（Climate, Energy and Utilities）部長Dan J?rgensen表示：“這是一個巨大的工程，我們的裝機規模需要擴大至目前的5倍以上。所以，必須制定一個嚴謹科學的計劃。”

能源島的概念

能源島是一個自然島嶼或人工平臺，充當周圍海上風電場發電的樞紐，并將其輸送到北海區域的各個國家。

能源島可以提高深遠海域海上風電的利用率，從而為歐洲能源系統中的海上風電發展創造更大空間。此外，它還能夠相對減少陸上傳輸電纜和電力系統加固方面的投資。

歐洲風能協會曾發布《我們的能源，我們的未來》（Our Energy, Our Future）報告，由10個來自北海區域負責協調歐洲海上風電的國家共同提交。報告提出到2050年歐洲海上風電裝機容量要達到450GW，北海被認為是歐洲能源供應最重要的支柱之一。但是，這需要新的技術突破，特別是在電力傳輸方面。

這也正是能源島計劃最有意義之處。諸如儲能設施、制氫系統、電解系統或其他電氣轉換技術也包含于能源島的計劃內。這個島嶼不單單是一個簡單的“中介”，它在電力輸送中可以發揮更大的作用。

政府主導的前期調研需要在自然環境、項目規劃和投資風險等方面確定能源島計劃的可行性。第一步就是通過大量分析找出能源島的潛在位置，隨后就其潛力進行深入的技術研究，確定可行性之后制定預算。這些都是之后就此計劃展開合作的依據。

在政府資助相關技術的研究和項目前期調研的基礎上，預計未來項目的絕大部分資金將來自私人投資。

北海風電樞紐

歐洲北海風電樞紐是目前啟動最早、設計最完善的能源島項目。

早在2017年，輸電系統運營商TenneT就提出建設能源島的設想，總規劃支持目標約為100GW。選址定在距離英國東約克郡海岸100多公里處的北海多格海岸。此處風能資源良好，風電利用小時數較高，而且該地區水深相對較淺，工程成本較其他地區更低。

該公司表示，島嶼用于接納海上風電，多國開發的風電場可以接入這個能源島。由于島嶼與風電機組的距離較短，可以采取成本更低的交流電方式先把電力送到島上，再以高壓或特高壓直流電的形式統一配送到用電的歐洲大陸或英國。

與此同時，由于距離減小，通過飛機、船舶等交通工具往返于能源島至海上風電機組的成本也將降低。

借助能源島的建設，海上風電場可充分發揮規模效應，提高資產利用率。最初計劃建設3座島嶼，每座島嶼設計面積約6平方公里，設有港口、機場等交通設施和簡易的設備生產裝配線以及大型備品備件倉庫。島上還配備辦公室和人員住宿場所以滿足專業團隊的日常需求。在島上，人員和備品備件都將做到統一調配，運維工作可以實現規模化和集中化。

計劃得到了多方支持。 此前已陸續有企業加入由TenneT公司牽頭的聯合體—北海風電樞紐（the North Sea Wind Power Hub，簡稱NSWPH），包括輸電系統運營商（TSO）Energinet. DK、荷蘭天然氣網運營商 Gasunie和鹿特丹港等。

丹麥電力和能源中心（the Center for Electricity and Energy）聯合來自丹麥技術大學（Technical University of Denmark）的科研團隊以及丹麥工業聯合會（the Confederation of Danish Industry）將共同為該項目提供技術研發支持，Vestas、Siemens Gamesa、ABB、NKT、?rsted和Energy Innovation Cluster等企業也參與其中。據悉，研發團隊已獲得220萬丹麥克朗（約合224.13萬元人民幣）的資金支持。

2019年，NSWPH公布了一項初步評估結果，宣布在北海區域建立能源島，作為海上風電變流器、傳輸器和制氫樞紐的計劃，在技術和經濟上都是可行的。通過研究進一步完善北海風電樞紐的設計，總規劃支持容量增加至180GW（島嶼建設數量尚未公布）。

NSWPH計劃推進“軸輻式”（hub-and-spoke）發展模式，建設多個樞紐島嶼以降低電力輸送成本，并通過分散設置盡可能提高海上風電場的風能捕捉效率。

基于海床和水深決定島嶼的形式，可選用的形式有人工砂基島嶼（sand-based islands）、吸力式多桶組合基礎平臺（suction-bucket-based platforms），或者是一種沉箱基礎（caissons）。

在輸電方式上主要采用三種模式，一是機組所發電力直接通過電纜傳輸到岸上；二是機組所發電力在島上制氫，隨后以氫氣的方式傳輸到岸上；三是電氫混合傳輸。

預計該項目將于2030—2050年間建設完成。

面臨的挑戰

根據研究，歐洲現行的監管框架和市場機制可以支持少量能源島的建設，但為了充分發揮其作用，擴大海上風電的集群效應，各國在政策法規、計劃等方面需要實現進一步兼容。

回顧歐洲的歷史不難看出，能源轉型一向是歐洲一體化的重要推動力，能源市場和基礎設施的互通互聯是歐洲實現轉型的有利條件。

北歐電力市場是國際上第一個真正意義的跨國電力市場。2000年，隨著丹麥東部的正式加入，包括挪威、丹麥、瑞典和芬蘭在內的北歐四國全部加入同一電力市場中，最終形成一個以北部電力池（Nord Pool）為主的電力市場交易體系。波羅的海沿岸國家拉脫維亞、立陶宛、愛沙尼亞也先后加入。同時，北歐四國與英國、德國、波蘭等周邊歐洲國家也存在交易，形成大型的跨國電力交易市場。

歐盟委員會同樣試圖在北海區域建立一個“超級電網”（meshed super-grid），即高壓直流海上輸電網計 劃（Progress on Meshed HVDC Offshore Transmission Networks，簡稱PROMOTioN），該計劃已聯合了來自11個國家的33家公司和組織。

因此，能源島計劃對歐洲各國來說更是一個難得的機遇，不僅能使歐洲人民用上綠色能源，也將成為世界綠色發展的引領者。（編譯自rechargenews、stateofgreen、dtu.dk 等網站）