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3. 动态电缆
漂浮式机组基础在波浪和风的联合作用下不断移动,电力电缆的连接点也随之运动。这就要求开发商和电缆制造商采用动态电缆,以确保电缆上的周期性载荷和弯曲不会对系统造成损害。动态电缆的研发是漂浮式海上风电技术推广的重要环节之一,在不远的未来,动态电缆将逐步应用于漂浮式海上风电项目中。例如,装机容量为25.2MW的葡萄牙WindFloat Atlantic项目采用海底电力电缆和脐带电缆供应商JDR公司的动态电缆,将是行业内首次应用66kV的动态电缆。
(二)成本发展趋势
尽管仍处于预商业化阶段,但漂浮式海上风电被普遍认为是未来海上风电的可行技术,这得益于近年来一系列样机的成功运行。然而,平准化度电成本是困扰漂浮式海上风电发展的重要因素。
注3:Walter M., Philipp B., Paul S., et al. 2018 Offshore Wind Technologies Market Report [R]. U.S. Department of Energy, P.O. Box 62, Oak Ridge, State of Tennessee, USA, 2019.
图1展示了各研究机构和咨询公司对漂浮式海上风电平准化度电成本发展趋势的预估,除了ORE Catapult提供的数据之外,其他估算数据都是基于商业化规模的漂浮海上风电场以及与成熟工业相匹配的行业收益学习曲线。图中数据显示漂浮式海上风电的平准化度电成本有望由2020年的200美元/兆瓦时左右下降到2030年的70美元/兆瓦时。
2015 年至2030 年期间的成本下降与漂浮式机组的部署实践相关,包括单台样机项目阶段(2015~2017年),多台样机小批量示范项目阶段(2018~2022年),中等批量到全面商用项目阶段(2023~2030年)。目前,漂浮式海上风电技术的成本数据是基于少量的样机和处于设计或施工阶段的项目测算的,故而技术进步会导致该成本的大幅降低。此外,固定式海上风电技术及其商业化发展经验可能会被转化至漂浮式海上风电系统,因而美国国家可再生能源实验室(NREL)的成本估算表明,漂浮式海上风电项目成本可能会比固定式海上风电成本下降的速度更快,成本降低的途径包括:充分利用固定式机组系统的降本、创新和经验;充分利用现有的供应链;优化结构,使用更轻的组件和更多的模块化功能;充分利用码头的机组和支撑结构吊装资源,减少海上施工的步骤和复杂性;借鉴海洋工程平台成熟的批量化生产和制造技术;获取优于近岸的风能资源。
结论
在全球海上风电向深远海发展的趋势下,漂浮式海上风电从研究逐步走向商业化应用。本文通过对全球兆瓦级漂浮式海上风电项目的统计和分析,得到如下结论:
(1)漂浮式海上风电项目仍以单台兆瓦级示范样机为主。已建设的8个项目中,6个为单台兆瓦级示范项目。此外,尚有4个单台兆瓦级漂浮式海上风电项目处于施工建造阶段。
(2) 越来越多富有创意的漂浮式基础方案开始进入兆瓦级示范项目建设阶段。例如,丹麦Stiesdal Offshore Technologies A/S 公司的Tetraspar多工作模式方案,西班牙Saitec公司的SATH浅吃水双体船基础方案等,均开始样机的建设。
(3)漂浮式海上风电技术日益成熟,商业化应用前景可期。例如,装机容量为30MW的Hywind Scotland项目已并网发电,步入小批量示范风电场应用阶段;装机容量为88MW的Hywind Tampen 风电项目也完成了投资决策,将于2022年完成建设。CWEA
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