The game changer

马星辰

2017年10月北京国际风能大会暨展览会（CWP2017）上，来自挪威石油公司风能及低碳解决方案的技术总监RajnishSharma发表题为 《Hywind浮式风力发电–开拓海上风电新篇章》的主题演讲【1】。向我们介绍了全球首座漂浮式风电场Hywind，10月18日已正式在英投产，将大家的视线聚焦于全新海上风电基础形式，是当之无愧的局势改变者。

苏格兰Hywind风力发电场位于距苏格兰阿伯丁郡彼得黑德海岸25公里的海域，总装机容量30兆瓦，由挪威国家石油公司和阿联酋阿布扎比马斯达尔公司联合运营，造价约1.9亿英镑（约合2.5亿美元）。挪威国家石油公司负责新能源业务的执行副总裁伊雷妮·鲁梅尔霍夫说，这种发电场能在水最深800米的海域运作，从而使此前海上风力发电无法开展的海域得以利用。从苏格兰海温德风力发电场获得的经验将为全球漂浮式海上风电市场带来新机遇。

现有的离岸风力发电厂通常是将基座固定在海床上。而有了革命性的新技术，就能在无法使用传统方法固定的深水区域进行风力发电。挪威国家石油公司称，风机叶片是技术创新的重点所在。叶片使用了具有突破性的技术，通过旋转来减少风、海浪和水流带来的震动，使发电塔保持直立。

据了解，苏格兰Hywind风力发电场占海域面积4平方公里，水深在95米至129米之间，所处海域平均风速约每秒10米。5台6MW的风机安装在Spar式基础上并通过锚链固定在海床，浮动基础的重量约为3，200t，包括超过1000t的高密度混凝土。每台风力涡轮机重1.2万吨，高253米，其中水下78米，露出水面175米。每个风机叶片长75米，几乎相当于一架空客飞机的翼展长度。

“那么我们再来讲一下Hywind的概念，以及漂浮式的概念，” RajnishSharma说到，“我们在2001年的时候已经有这个想法，2005年做了一个测试……我们挪威的行业，包括像海上一些程序、运营我们都有丰富的经验，在2009年的时候我们开发出了漂浮式的概念，之后我们在英国的海岸也做了相关项目实验。”

作为国家石油公司的挪威石油，很早就开始布局新能源产业。2001年推出了Hywind浮式风机概念。Hywind是Spar基础浮式风机，采用Spar基础的好处是平台小水线面，运动性能好，极限海况适应能力好，无条件稳性。

挪油2009年推出了2.5MW的Hywind样机，服役在挪威沿岸10km的挪威北海，水深200m，于2009年9月开始运行。这种风机的发电机叶片直径为80米，高出海平面约65米[2]。建造它的时候，不是在陆地上组装完再安装到海上的，而是通过轮船上的吊车在海上一点点搭建组装而成，并根据实际情况及时调整。自运行以来已经累计发电37.6Gwh，整体表现还是非常好的。服役期间经受住了44m/s风速和19m最大波高的考验，证明了Hywind的可靠性。

Spar基础的长运动周期、无条件稳性是Hywind成功的重要保证，但同时也面临着建造、安装的局限。挪威有条件良好的深水港湾，Spar基础的扶正、压载可以在环境条件较好的港湾内进行，换到世界其他海域，有可能安装过程会变得复杂一些。

和Hywind2009年的样机相比，2017年正式在英投产的Hywind风力发电机组，体型大了一圈，成本却降低了60～70%[3]。

Hywind Scotland 2017年 10 月成功在英国苏格兰外海投产，在长达 3个月的风力测试中，表现也令人满意。根据挪威国家石油公司（Statoil）资料，电厂平均风力容量因数（Capacity Factor）达65%，远高于美国陆上风电平均的37%，也比一般离岸风电还要高。

容量因数为电厂实际发电量除以额定发电量所得出的比率，像太阳能与风能等再生能源为间歇性能源，当风速小于风机最适合的风速，或是日光不足时，发电能力便无法提升至最高。目前离岸风力平均容量因数为45%到60%，如要提高容量因数，除了选择更好的地理环境，也可以依靠调节器来提升电厂性能，进而提升发电量。

Hywind Scotland電厂容量因数测试区间为2017年11月至 2018年1月，当时英国正逢西风带，该电厂先后经历飓风与暴风，承受不少苛刻环境检验。2017年10月三级飓风Ophelia扑向英国与爱尔兰，风速每小时最高达125公里，而12月初暴风Caroline最大阵风甚至超过每小时187公里，浪高更达8.2米。

Statoil离岸风电项目副总裁Beate Myking指出，先前已不断在恶劣天气下测试Hywind技术，而Hywind Scotland的高性能与稳定性皆出乎意料，让团队对这项设计越来越有信心。

Statoil新能源解决方案副总裁Irene Rummelhoff表示，全球约80%离岸风力潜力区位于水深超过60米海域，这对固定式离岸风机是项挑战，因此浮动式海上风电将可往这些海域发展，亚洲与北美西岸皆有发展潜力。目前Statoil和Masdar也致力于降低Hywind技术成本，希望可在2030年前降至每MWh40～60欧元，能与其他再生能源竞争。

除了放眼未来公司走向，Statoil也正努力提升Hywind Scotland 电厂性能，计划在2018年底新建1.3MWh储能系统Batwind，让电厂在离峰与低电价时先将电力储存起来，并在用电尖峰与高电价时输出，不仅能提高电厂收益，也能减少弃风的损失，并降低大约70%用电成本。

2017年是浮式风机取得突破性进展的一年，在英国海域除了挪威石油的Hywind完成安装准备投产外，还将有另外两个浮式风机项目将陆续在今明两年陆续投产。除此之外，爱尔兰、葡萄牙、法国也将有三个浮式风机项目在2020年前后投产。历时多年，浮式风机终于从概念走向应用，似乎光明的未来就在眼前。

参考文献：

[1]挪威国家石油公司：Hywind 浮式风力发电–开拓海上风电新篇章[EB/OL].http：//news.bjx.com.cn/html/20171017/855741.shtml.

[2]杨先碧.漂浮在大海上的风力发电机[N].上海科学技术出版社《科学画报》杂志社，2009.04（4）.

[3]Nutshell.浮式风机，百家争鸣[EB/OL].https：//mp.weixin.qq.com/s/jw25WXrbUKvzTb7kPM6l9Q？，2017-07-07