为何“浮动式风电”是能源转型的关键,以及如何尽快将其部署到海上

The world's first full-scale floating wind turbine, Hywind, being assembled in the Åmøy Fjord near Stavanger, Norway in 2009, before deployment in the North Sea
The world's first full-scale floating wind turbine, Hywind, being assembled in the Åmøy Fjord near Stavanger, Norway in 2009.Image: Lars Christopher
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  • 浮动式风电采用位于海上但未固定在海底的风机,相较于传统陆上风电场或固定式海上风电场,具有若干关键优势。

  • 浮动式风电有望为弥补可再生能源装机容量缺口作出巨大贡献,并将在全球范围内成为改变能源行业格局的关键力量。

  • 目前的预测认为,2035年将是底部固定式与浮动式风电平准化度电成本趋于一致的时刻,但这一时刻有可能大大提前到来。

乍看之下,能源转型似乎正全面展开:全球许多政府和企业承诺在未来几十年内将碳排放降至零,这意味着化石燃料在大部分领域都将被可再生能源取代。然而,要实现这些净零目标,并从化石燃料转向低碳能源,亟需大力发展可再生能源。

遗憾的是,目前尚不存在这一产能,正如风电行业高管近期向二十国集团(G20)所作的解释。2017年,全球近80%的能源来自化石燃料,尽管可再生能源增长迅速,但仍存在巨大的装机容量缺口亟待填补,尤其是随着未来几年能源需求持续攀升。“浮动式风电”有望为填补这一缺口作出巨大贡献,并将在全球范围内成为改变能源行业格局的关键力量。

浮动式风能在填补全球能源领域缺口方面具有巨大潜力

什么是浮动式风电?

其理念相当简单:浮动式风电采用位于海上、但并未钻入海底的风机来发电。浮动式风机被拖运至海上后安装在浮动平台上,并可在需要维护时拖回岸边。无论海水深浅均可安装风机,这在装机容量方面改变了格局;而与海上固定式风电相比,标准化制造的潜力在成本方面同样改变了格局。

相较于传统陆上风电场或固定式海上风电场,浮动式风电具有若干关键优势。

首先,浮动式风电的额外潜在装机容量远超陆上风电或底部固定式海上风电(即安装在海床上的风机)。陆上风电常被当地社区视为有碍观瞻,而新场址的规划许可也日益难以获得。底部固定式海上风电场受水深和现有海事基础设施的双重限制,风机只能安装在水深不超过60米的区域,且不能对当地社区和野生动物造成过大干扰。另一方面,浮动式风电可以不受海水深度限制进行安装,从而开辟出可用于发电的广阔海域。据估算,浮动式风电的潜在装机容量大约是底部固定式海上风电的两倍,且这一估算仅考虑了距岸200公里以内的区域。

其次,离岸越远,风况越稳定。这意味着在安装成本相近的情况下,可以采用功率输出更高的大型浮动式风机,从而提高能源效率和成本效益。

第三,浮动式风电有助于风机的标准化设计与生产,从而可能大幅降低成本。目前,不同的土壤类型和海流意味着每个海上风电场都需要单独设计,这显著推高了资本支出成本。标准化将降低这些前期成本,并有助于实现生产和维护的规模化,以及二次材料的使用,以及风机使用寿命结束后的回收再利用。这一规模化水平将是降低成本的关键,而资本支出成本已在迅速下降。

除发电(发电可能并入电网)之外,还可利用浮动式风电技术生产绿色氢能(即利用可再生能源生产的氢气),甚至有可能将现有的油气资产(例如北海的平台)改造为分布式制氢装置。理论上,如果航运业转向以氢气为燃料,还可以建设分布式船舶加注设施,从而减轻对港口的需求压力。

就业前景同样乐观。海上油气行业历来是全球许多地区的主要雇主(例如北海、墨西哥湾、波斯湾)。多年来,在危险环境中从事海上油气工作的工人积累了相关技能与专长,而这些技能可以直接转用于浮动式风电,例如设备检查、为供应船配备人员等。

确保能源转型的公正性是其获得社会认可的关键:浮动式风电可以确保那些受油气行业萎缩冲击最严重的群体,直接从可再生能源规模扩大所创造的新就业机会中受益。浮动式风电还将带动本地就业:港口需要升级改造,风机维护将在当地进行,风机及支撑结构的生产也可能在新风电场附近进行。所有这些都意味着,当地社区不仅能从清洁能源中受益,还能从随之而来的经济效益中受益。

未来的障碍

然而,浮动式风电的前进道路并非毫无障碍。浮动式风电仍是一项新技术,并非所有投资者都愿意押注于此。目前其成本仍高于固定式风电,并且需要高昂的电缆及并网费用。事实上,在某些情况下,接入当地电网可能不可行,因而需要采取替代措施将电能输送上岸,例如利用绿色氢能。要有效地为风机提供服务,还需要规模庞大且高度发达的港口设施,而这类基础设施不可能在一夜之间建成。

为启动投资,最初需要提供补贴(除非碳外部性得到充分定价),直至标准化、技术积累和规模化将浮动式风电成本降至低于同类技术的水平。目前的估计认为,2035年将成为底部固定式与浮动式风电平准化度电成本趋于一致的时刻,但这一时刻有可能大大提前到来。

伍德·蒂尔斯蒂德公司(Wood Thilstead)高级结构工程师威尔·汉考克(Will Hancock)解释道:“存在这样一种情景:在10年内,浮动式风电有望成为最便宜的风能形式(……),这主要得益于浮动式风机的标准化以及可用场址的增加。”

预计浮动式风电成本的降幅。Image: Berkeley Lab

全球各地的政府、组织和普通民众都在紧迫地讨论碳排放问题。浮动式风电似乎常常被排除在这场讨论之外。政府不仅需要确保为这一新技术提供资金(例如通过补贴加快规模化进程),还需要确保优先规划新项目,并在规划位于公海(即不属于任何一国管辖范围)的项目时开展协作。

浮动式风电带来的机遇巨大,其迫切需要规模化发展的必要性同样巨大。

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