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(三)已核准待建设项目
截至目前,已核准待建设的小批量漂浮式海上风电项目均位于法国。其中,Groix & Belle-Ile 项目位于法国Brittany海域,由EOLFI和中广核欧洲能源等企业组成的联合体——FEFGBI公司负责开发。项目计划安装3台MHI Vestas 的V164-9.5MW机组,基础采用Naval Energies 公司开发的四立柱半潜式方案,基础的上部浮筒采用钢质材料,下部采用混凝土材料。项目计划于2022年建成。
鉴于地中海良好的海洋波浪环境,法国的其他待建项目均位于这一海域。例如,EolMed项目位于地中海Occitanie区域, 采用Ideol的阻尼池漂浮式基础技术,装机容量共24.8MW, 采用4台Senvion的 6.2MW机组, 将于2020年启动, 预计2021年建成。Provence Grand Large 项目位于地中海Fose sur Mer 区域,由法国电力公司EDF Renewables开发,预计安装3台西门子歌美飒的8.4MW机组,基础采用SBM Offshore 和IFP Energy 联合开发的新一代TLP式方案——SBM WindFloater,预计2021年正式运营。
Eoliennes Flottantes du Golfe du Lion 项目位于地中海Leucate近海区域,同样由Engie和EDPR联合开发,预计安装3台MHI Vestas 的V164-10.0 MW 机组,基础采用PPI的半潜式方案WindFloat, 预计于2022年正式运营,届时将成为单机容量最大的漂浮式机组。
三、大批量商业化运营项目
目前尚无进入大批量商业化运营阶段的漂浮式海上风电项目。根据现有的开发计划,最早进入该阶段的漂浮式海上风电项目将是Hywind Tampen风电场。它由Equinor公司开发, 位于挪威北海北部水深110m的Tampen海域, 装机容量为88MW, 安装11台西门子歌美飒的SG 8.0-167 DD 机组, 基础采用Hywind立柱式混凝土平台方案。
2019 年10 月,项目完成投资决策,预计于2022年建成,届时输出的电能将满足附近5个海上石油平台年用电量的35%。另外,根据美国和日本的漂浮式海上风电发展规划,2025年后将开发400 MW级的项目,意味着届时漂浮式海上风电真正迎来大批量商业化运营阶段。
挑战与发展趋势
一、挑战
十余年来,漂浮式海上风电稳步发展,同时也面临一系列的技术和市场挑战。这里依据英国Carbon Trust基金会对欧美漂浮式机组方案研发者开展的问卷调研,从机组成本下降空间、技术突破紧急程度、知识产权敏感性三个维度对漂浮式海上风电的技术挑战进行识别。
2:Carbon Trust. Floating Offshore Wind: Market and Technology Review [R]. Stamford Street 27-45, London, UK, 2015.
表3从13个关键技术点对漂浮式海上风电项目的影响程度进行评分划级,各技术点的打分区间为1~3分。从漂浮式海上风电成本下降空间的角度可见,欧美研发者普遍认为支撑平台的主尺度和结构重量对项目建设成本的影响最为明显,技术优化的空间最大。此外,漂浮式海上机组的安装技术、返港检修运维技术也具有较大的降本空间。在技术突破的紧急性方面,大多数挑战被认为具有较高的优先级。值得注意的是,漂浮式升压站技术虽然是一个较远期的事项,只有在商业化规模的项目中才有应用的必要,但其对漂浮式海上风电项目的成本降低存在重要影响。尽管直接降低成本的作用有限,但先进仿真计算技术是一个关键的近期技术挑战,并可以帮助其他方面的成本下降。在知识产权保护方面,漂浮式支撑平台、控制技术、系泊系统等结构具有较高的产权冲突挑战,可以通过联合项目或合作研发来应对。
此外,漂浮式海上风电技术虽然经过了样机验证,但在市场推广方面同样面临较多挑战。在对漂浮式海上风电的认识方面,部分投资者建议在固定式海上风电场充分开发之后,再开发深水漂浮式海上风电场,对漂浮式风电场工业化后平准化度电成本(LCOE)的降低潜力缺乏信心。在漂浮式海上风电项目的资金投入方面,样机项目的研发成本高昂,欧美金融机构对其风险评估偏保守,研发组织缺乏开展高质量数值模拟、物理试验的设备租金。在合作机制方面,创新者缺乏行业合作伙伴,难以寻找合适的海上试验场,并获取并网许可。在政策方面,缺乏长期的制度支持。
二、发展趋势
(一)技术发展趋势
1. 机组
漂浮式海上风电的发展受到机组、支撑结构、输配电技术的综合制约。在机组选型方面,目前,所有的漂浮式海上风电项目均采用与固定式海上风电通用的机型,这是由于当前漂浮式海上风电机组市场尚处于发展初期阶段,短期没有大批量应用的市场需求,整机厂商定制研发匹配于漂浮式基础的机组将承担较大的技术和经济风险。随着漂浮式海上风电商业化市场的到来,机组的发展会呈现下列趋势:
机组定制化。适用于传统固定式基础的机组对支撑结构的振动响应具有苛刻的要求,且不同类型的漂浮式基础在平台运动特征、固有频率范围的差别迥异,需开发适用于特定漂浮式基础的机组。
容量大型化。漂浮式海上风电项目趋于采用大兆瓦机组,进而降低项目成本。例如,葡萄牙的WindFloat Atlantic项目计划安装3台MHI Vestas的V164-8.4 MW 风电机组,苏格兰的Kincardine项目正在安装5台MHI Vestas的V164-9.5 MW机组。新的控制策略。当漂浮式机组在高于额定风速的条件下发电时,基于功率的控制目标可能引起与风速和风轮俯仰角相关的负推力梯度,产生负的气动阻尼,并将导致运动放大到可能超过机组设计极限的水平。为了避免该现象的发生,需要对漂浮式机组的控制器进行优化设计。
2. 支撑结构
海上风电项目的成本取决于所用支撑结构的特点。对于漂浮式海上风电而言,支撑结构的成本占比高达40%,同时还对降低系统其他部分的成本有重要影响。例如,可通过批量化制造、岸上装配和调试,以及最大限度地减少昂贵的海上运维作业等措施降低项目费用。为实现漂浮式海上风电项目的成本下降和推广应用,在支撑结构方面将呈现以下技术发展趋势:
方案多样化。在对漂浮式基础方案不断进行总布置、主尺度优化的同时,近年来涌现出多种结构特征鲜明、设计理念独特的新型漂浮式基础方案。如前文提及的Stiesdal Offshore Technologies A/S 公司提出的TetraSpar方案。
新材料的推广应用。传统漂浮式机组的结构重心高、稳性差,导致基础主尺度和用钢量难以降低。近年来,一些方案采用混凝土等高密度、低单价材料作为漂浮式基础的主要建造或压载材料,有效降低机组的重心,减少基础的主尺度和建造费用。
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