2017年3月,位于丹麦东南海岸的一座风电机组被整体拆除,巨大的叶片和高大的塔筒,还依稀能看出它曾经的辉煌。这是1991年正式投运的全球首个海上风电场——Vindeby海上风力发电场,已经服役了26年,整个运行期间共生产了2.43亿千瓦·时的电能。尽管与后来的大型海上风电项目相比,Vindeby的尺寸与功率都要小得多,但它是海上风电起源的标志,是海上风电产业的“摇篮”。
中国拥有18000千米的海岸线,具有先天的海上风电发展潜能。中国海上风电的发展可以说是“后来居上”。2007年11月,中国海油渤海湾钻井平台1.5兆瓦风电试验机组的建成运行,标志着中国海上风电发展正式开始。由于技术相对落后、缺乏专业运维团队,早期中国海上风电的成本高昂且发展进度十分缓慢。后来在国家政策的支持下,海上风机技术日渐成熟,供应链日趋完善,海上风电产业发展迅速。2019年,中国成为仅次于英国、德国之后的第三大海上风电市场,新增海上风电装机量已取代英国成为全球第一。
根据风力发电机的所在位置及风机的设计,当代风力发电装机可以大致分为三类:陆上(支撑结构固定在陆地上)、近海固定(支撑结构固定在海床中)和海上浮动式(安装在海床上方的浮动平台上)。海上浮动式风电技术所发挥的重要优势,就是开拓了可开发海域的范围,可以在水深超过60米处发电——在这种情况下,固定在海床上的海底安装结构不再可行。
许多行业专家认为,海上浮动式风力发电具有最大的未来增长潜力。这是因为其能够置于离海岸更远的深水域中,该水域具有更为一致的高风速,可以减少发电量的波动,避免附近的涡轮机或发电厂的相互干扰。但海上浮动式风电建设与陆上风电不同,由于其远离海岸,所处的气候条件与陆地相差较大,其技术水平远比陆上风电复杂得多。除了要考虑海上恶劣的自然条件因素(如海水侵蚀、海浪载荷、台风天气等),还涉及机械损伤、电气故障、安装并网甚至国防安全等一系列问题。
随着风力发电技术的不断发展,成本不断下降,海上风电逐渐从近海、浅海向远海、深海过渡,全球海上风电迎来了漂浮式时代。目前海上浮动式发电项目的发展主要集中在欧洲地区,美国和日本也有项目示范,但尚未有大型浮动式海上风场面世。
2020年,艾奎诺(equinor)公司主导开发的当前全球最大的海上浮动式风电场HywindTampen正式开工建设。HywindTampen项目距离挪威海岸线约140千米,海域水深260~300米,采用11台西门子8兆瓦机组,总装机容量88兆瓦,将成为首个为海上石油和天然气平台供电的海上浮动式风电场。项目投运后将为5个海上油田供电,满足其年电力需求的35%,每年可使油田减少二氧化碳排放量20万吨以上,相当于10万辆私家车的年排放量。
在较远深海地区利用过剩的海上风能,建造制氢平台,通过风能为电解水提供电能,将电解后的氢气和氧气分别收集,可以得到宝贵的绿氢。绿氢可混入天然气管道中输运(预计可混入20%左右的氢气),运输至现有天然气储存设施中,该解决方案已有成形技术并广泛应用于石油炼化行业。绿氢也可通过压缩储集到特制储罐中,实现储存和运输。
海上风电是能源转型的重要渠道,浮动式平台是最有前景的方案之一,这是因为包括中国在内的许多沿海国家的近海水域已经被占用,而浮动式风电技术让深海海域也能够安装风机,大大增加了风能可利用资源量,为全球多个沿海国家带来长远的绿色电力福利。