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有朝一日，浮式風(fēng)電場(chǎng)將能在不適于建造固定樁基海上風(fēng)電場(chǎng)的深海海域一展身手。通過與挪威國(guó)家石油公司合作，西門子正在攻克打造這種浮式系統(tǒng)所涉及的技術(shù)難題。目前，兩家公司正攜手在蘇格蘭沿海建造全球**座浮式風(fēng)電場(chǎng)。從2017年底開始，5臺(tái)6兆瓦風(fēng)機(jī)將為約2萬戶家庭提供電能。

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25年前，全球首座大型海上風(fēng)電場(chǎng)在丹麥洛蘭島沿海建成，這在當(dāng)時(shí)曾造成轟動(dòng)。11臺(tái)風(fēng)機(jī)相鄰排列，扎根在水下數(shù)米深。在此之前，同類海上風(fēng)電設(shè)施從未達(dá)到如此大的規(guī)模。從那時(shí)起，海上風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域在全球范圍內(nèi)穩(wěn)步興起。據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)，2014年，共有數(shù)千臺(tái)海上風(fēng)機(jī)被安裝在世界各地，尤其是在英國(guó)沿海，其總額定裝機(jī)容量達(dá)到8795兆瓦。雖然與陸上風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)容量相比，這個(gè)數(shù)字還相當(dāng)小——單德國(guó)下薩克森州目前的裝機(jī)容量就能達(dá)到約8500兆瓦——但如果考慮到海上風(fēng)電近年來的迅猛發(fā)展勢(shì)頭，顯然，海上風(fēng)電正日益發(fā)展成為風(fēng)電資源中的主導(dǎo)。2011年，全球海上風(fēng)電裝機(jī)容量?jī)H為4117兆瓦，但從2011年到2014年，裝機(jī)容量已增加了一倍多。這是因?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)力通常比陸地上的更強(qiáng)勁，也更穩(wěn)定。

西門子與挪威國(guó)家石油公司合作建成全球*個(gè)浮式海上風(fēng)機(jī)。這臺(tái)風(fēng)機(jī)已通過海底電纜向挪威電網(wǎng)輸送電能。挪威國(guó)家石油公司為風(fēng)機(jī)提供了錨泊系統(tǒng)，而西門子則提供了塔架與風(fēng)機(jī)本身。

然而，海上風(fēng)電場(chǎng)的成本會(huì)隨其基礎(chǔ)錨固深度的加深而增加，在深度超過50米后更是如此。因此，為了有效利用深海海域的風(fēng)力資源，相關(guān)人員計(jì)劃利用由鋼索、鏈條和錨進(jìn)行固定的浮式風(fēng)機(jī)。

可拖動(dòng)的海上風(fēng)機(jī)
總的來講，浮式海上風(fēng)機(jī)有許多可取之處。德國(guó)Fraunhofer風(fēng)能及能源系統(tǒng)技術(shù)研究院（IWES）的風(fēng)電專家Jochen Bard預(yù)計(jì)，如果能夠恰好在100米深的水下搭建浮式風(fēng)機(jī)的話，浮式平臺(tái)可使歐洲的海上風(fēng)力發(fā)電量增加2到2.5倍。如果能在更大海域范圍內(nèi)建造浮式海上風(fēng)機(jī)，則可以通過大規(guī)模建造這種系統(tǒng)來降低成本。浮式風(fēng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)之一是它可以預(yù)先在碼頭區(qū)完成全部裝配，然后拖運(yùn)至海上運(yùn)行場(chǎng)所，從而節(jié)約時(shí)間和費(fèi)用。相對(duì)的，在深度超過50至60米的海域，固定式海上風(fēng)電場(chǎng)的基礎(chǔ)錨固成本則相對(duì)高昂。浮式風(fēng)電場(chǎng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在許多情況下，相比于常規(guī)海上風(fēng)電場(chǎng)，它們可以被安裝在風(fēng)況更好的位置。

為了測(cè)試這項(xiàng)技術(shù)，2009年，西門子與挪威國(guó)家石油公司的子公司Statoil Wind Limited（SWL）合作，在挪威沿海建立了全球首臺(tái)浮式風(fēng)機(jī)。此后，這臺(tái)風(fēng)機(jī)就持續(xù)通過海底電纜向挪威電網(wǎng)輸送電能。挪威國(guó)家石油公司提供了風(fēng)機(jī)的錨泊系統(tǒng)，而塔架和風(fēng)機(jī)本身則來自于西門子。這個(gè)項(xiàng)目名為“Hywind Demo”，*初預(yù)設(shè)的壽命僅為5年。但是，盡管挪威海域風(fēng)高浪急，風(fēng)機(jī)始終持續(xù)可靠工作，所以它目前仍在運(yùn)行。

*大限度地減少運(yùn)動(dòng)
受此次成功啟發(fā)，今年，西門子和SWL將開始建造全球首座浮式風(fēng)電場(chǎng)。到2017年底，5臺(tái)浮式風(fēng)機(jī)將被安裝在距離蘇格蘭東北角城市Petershead的海岸約25公里處，年發(fā)電量預(yù)計(jì)將達(dá)到135兆度，足以滿足2萬戶家庭的用電需求。通過“Hywind Scotland”項(xiàng)目，SWL希望了解，通過制造大量設(shè)備、連續(xù)生產(chǎn)和錨泊設(shè)備，以及實(shí)現(xiàn)相關(guān)運(yùn)輸和供應(yīng)船只的高利用率，可以在多大程度上降低浮式風(fēng)電場(chǎng)的成本。此外，這個(gè)項(xiàng)目也可以用于研究一些技術(shù)問題，如鄰近風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的尾流會(huì)在浮式風(fēng)電塔架間產(chǎn)生多大程度的影響或干擾。

還有一件事至關(guān)重要：就算受到波浪、風(fēng)和水流的影響，風(fēng)機(jī)也需要*保*盡可能少地移動(dòng)。其原因是，任何傾斜或搖擺都會(huì)對(duì)機(jī)艙、轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)造成巨大壓力。同Hywind原型機(jī)一樣，SWL在蘇格蘭采用了“柱形浮標(biāo)”的設(shè)計(jì)：每個(gè)浮式風(fēng)機(jī)都配有一套懸浮在水下的帶壓載艙的鋼筋混凝土制物，它們被鋼索系到位于海底的重型錨上。

*早在挪威沿海建造的系統(tǒng)配備的是2.3兆瓦的發(fā)電機(jī)，而現(xiàn)在西門子為蘇格蘭項(xiàng)目提供的是功率更大的6兆瓦風(fēng)機(jī)。西門子風(fēng)力發(fā)電業(yè)務(wù)海上概念與解決方案部負(fù)責(zé)人Jesper M?ller表示：“6兆瓦系統(tǒng)不只是小型風(fēng)機(jī)的擴(kuò)容版。我們優(yōu)化了風(fēng)機(jī)和塔架的設(shè)計(jì)與材料，所以，這個(gè)大型系統(tǒng)不會(huì)太重，也不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生太大壓力。”工程師還為風(fēng)機(jī)配備了許多可在運(yùn)行過程中自動(dòng)減輕負(fù)荷的復(fù)雜系統(tǒng)。這些都將對(duì)新風(fēng)電場(chǎng)各組件的使用壽命產(chǎn)生積極影響。

SWL專家預(yù)計(jì)，相比于樁基固定的海上風(fēng)機(jī)，浮式風(fēng)電場(chǎng)有可能降低建造成本，在數(shù)百米水深的海域更是如此。M?ller認(rèn)為，在幾乎沒有淺海區(qū)的美國(guó)太平洋沿岸和日本近海有非常適合建造浮式平臺(tái)的區(qū)域。另外，在西班牙、葡萄牙和法國(guó)的近海也可能有適于建造浮式海上風(fēng)機(jī)的深海區(qū)。目前，除日本的兩個(gè)試點(diǎn)海上風(fēng)電設(shè)施之外，尚無其它項(xiàng)目可與蘇格蘭Hywind項(xiàng)目相提并論。M?ller指出：“我們的技術(shù)已經(jīng)可以被視為進(jìn)入預(yù)商業(yè)化階段。目前，還沒有任何其他公司在這方面比我們走得更遠(yuǎn)。”