在化石燃料资源枯竭形势日益严峻的情况下,各国均将眼光投向了风力资源巨大的海域。与陆地风电相比,海上风电资源量多、品质好,已成为国际风电发展的新方向。近几年,欧洲多个国家已建立了多个规模巨大的海上风力发电厂,中国也在逐渐开始涉及海上风力发电领域。
“海上清洁发电站”的轮廓,正变得越来越清晰。除了潮汐发电,利用风力资源发电的海上风电场也被普遍看好。
我们不妨先看一看国家电力“风电化”的丹麦。
每秒发电量可烧6升水
一盏氖气灯照亮了长长的舱体,里面可以看到一个变速箱。通过变速箱,可以将外部叶片的旋转转化为内部发电机每分钟1500转的转速。发电机就安装在高塔的背部。而在这座“高塔”的外部,最显眼的无疑是那几片长达45米的风车叶片。一旦外部风速达到每秒11米,风车叶片尖端的运行速度就可以达到每小时220公里,每小时能够产生2300度电,而每秒钟产生的电能就可以烧开6升的水。风电机还可以根据风力的大小、角度,调节风车叶片的角度,以保持最佳的发电状态。这就是莫雷负责维护的海上风力涡轮发电机。它属于“合恩礁”二号海上风电场,在北大西洋的北海东部海域,距离丹麦国土最西端约30公里,共装有91台风电机,总装机容量高达210兆瓦,足以为近14万户家庭提供充足的生活用电。2009年9月,“合恩礁”二号海上风电场完工,成为当时世界上最大的海上风电场。不过,仅仅过了一年,这个“世界第一”的头衔就被英国东南部海域、总装机容量300兆瓦的塔奈海上风电场夺走。
令人惊叹不已的风车叶片
海上风电场风车上的叶片,全部来自230公里以外的奥尔堡工厂。在尼尔森的工厂里,随处可以看到一排排整洁的巨型叶片堆放在地上,这些叶片甚至比喷气式客机的翅膀还大。叶片表面惊人的光滑,而叶片尖端的边缘又好像利刃一样的锋利。尽管叶片体型很大,但只是用手就可以将这些符合空气动力学原理的叶片稍稍掰弯几厘米。
这些大型风车叶片的韧性也非常惊人。比如,在一根3公里长的横梁一端摆一辆汽车,横梁另一端所受的力,就差不多是这些叶片需要在强风中承受的力。
组装一部风电机需至少6小时
如何将这些巨型叶片从奥尔堡工厂运送到海上风电场上,并装配成一座座白色的风车,这绝对是门技术活。
首先,要将叶片装上大型铰接式卡车并固定好,从工厂运往丹麦境内北海油田的基地港艾斯堡港。在港口,一片片独立的叶片将在转轴上装配好,然后和诸如塔身、舱体等风电涡轮发电机的其他部分一道被吊装至“海上霸主”号重吊船。“海上霸主”一次可以装载整整3个海上风电机的全部零部件,货物总重量超过了1000吨。
满载的“海上霸主”抵达北海指定位置后,组装船便会围拢上来施工。一切顺利的话,组装一部海上风电机大约需要6至8个小时。首先,组装船要用船上的吊车,依次将风电机的钢铁塔身、圆柱形舱体、组装好的叶片起吊并牢牢组装在一块事先铺设好的黄色基座上——黄色基座深埋在海底沙质的海床下20米,是整个海上风电机的“地基”。而且,只有在天气晴好的情况下,才可能在海上组装这么一个大家伙。一旦海浪超过1.5米,工程就必须暂停了。
国家电力“风电化”的丹麦
尽管已不是世界第一,但仍无损“合恩礁”二号海上风电场的先驱地位,因为它的祖国——丹麦,是全世界最“懂”利用风电的国家之一。丹麦人钟情于风电有其特殊原因——因为丹麦是一个多风的国家,一年365天里面平均只有十多天“风平浪静”。由于安装了大量的风电机,包括海上风电场和陆地风电场,一旦遇到大风天,丹麦大大小小的“风车”们可以提供国家所需的一半电量,当遭遇暴风天时,“风车”们就可以“扛”起整个国家所有的用电需求。
如果遇到大风天,一时用不完的风电会被“暂存”至挪威的抽水蓄能发电厂,等遇到无风天时再调回丹麦国内使用。尽管这个办法再配合使用其他类型的一些发电站,目前已经足够应付丹麦国内的用电需求,但假借他人之手周转电力的做法,终究不是长久之计,特别是丹麦政府已计划在未来几年内要进一步加强对风电的利用强度。今年初,丹麦宣布,丹麦政府计划在波罗的海上建设一个有200座风力涡轮机的巨型海上风电场。计划中的巨型风电场装机容量将达60万千瓦,可以为60万个家庭同时供电,建成后将和丹麦电网、德国电网和瑞典电网连接。
现在,在海上风电的建设和利用这一领域中,中国也紧跟着丹麦、德国等欧洲强国之后,迈出了自己的步伐。
2007年11月,地处渤海辽东湾的海上风力发电站正式投入运营。它是世界上第一个专为海上油气田供电的风电站,位于离岸70公里的渤海绥中36-1油田,在该油田30米水深的一个导管架上安装了一台1.5兆瓦的风力发电机组,并铺设了一条5公里长的海底电缆至绥中36-1油田的中心平台,实现了对该平台的并网发电。
然而,风电也并非十全十美。由于太依赖自然风力、不确定因素很多,因此在制定长期发电计划时,人们总是很难给风电定位。特别当对电力需求上下波动时,风电由于无法随心所欲地调节发电量,暂时无法在国家发电体系中取代其他类型的发电站。这也是为什么丹麦国家电网运行官表示,在选择电力管理系统时,特别多加了天气预报子系统,就是为了最大限度地减少风电使用中的不确定因素。