拓展海上風(fēng)電領(lǐng)域 力圖新發(fā)展

在減少碳排放、應(yīng)對(duì)氣候變化的問題上，歐盟各國(guó)一向不遺余力。它們制定了世界上最嚴(yán)格的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)，又第一個(gè)設(shè)計(jì)了可行的碳交易和清潔發(fā)展機(jī)制法規(guī)體系，甚至還不顧與世界各國(guó)鬧翻的風(fēng)險(xiǎn)，要求進(jìn)入和離開歐盟領(lǐng)土的航班必須交納碳排放費(fèi)。

在推動(dòng)新能源應(yīng)用這件事上，它們也是急先鋒。歐洲并不像美國(guó)那樣以地廣人稀著稱，但它們就是愿意拿出寶貴的土地來建設(shè)風(fēng)力發(fā)電站。如果乘飛機(jī)到德國(guó)和丹麥等歐洲北部的國(guó)家，在天氣晴朗的時(shí)候，不難看到這些國(guó)家的田野中星星點(diǎn)點(diǎn)地出現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

在這個(gè)核能的安全性飽受質(zhì)疑、允許開發(fā)水電的地方越來越少的時(shí)代，風(fēng)力發(fā)電還算是一種比較理想的可持續(xù)能源。

但最近在英國(guó)的懷特島建設(shè)風(fēng)力發(fā)電站的提案遭到的反對(duì)，集中地體現(xiàn)了人們對(duì)風(fēng)力發(fā)電的擔(dān)心。懷特島是英吉利海峽北側(cè)的一個(gè)小島，風(fēng)景宜人，是英國(guó)傳統(tǒng)的度假勝地。島上的居民擔(dān)心風(fēng)力發(fā)電將使島上的風(fēng)光不再，而最近島上房地產(chǎn)市場(chǎng)的低迷也印證了這種擔(dān)心的理由。

雖然高科技的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從空中和遠(yuǎn)處看上去很美，但在近處，它巨大的身軀就足以讓人感到壓迫，更不用說巨大的葉片在空中劃過時(shí)產(chǎn)生的噪音。對(duì)于鳥類來說，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不斷高速旋轉(zhuǎn)的巨大葉片如果出現(xiàn)在自己飛行的路線上，就會(huì)難以逃過死亡。

此外，每個(gè)稍具規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都需要建立在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)游泳池大小的水泥基礎(chǔ)上，而光是生產(chǎn)這些水泥的能耗和產(chǎn)生的二氧化碳排放就非常可觀。

從經(jīng)濟(jì)角度上說，風(fēng)力發(fā)電的成本也還是太高，而風(fēng)電本身的特性決定了風(fēng)力發(fā)電的輸出功率不穩(wěn)定，還需要電網(wǎng)內(nèi)傳統(tǒng)發(fā)電方式的補(bǔ)充，這一切都讓人懷疑風(fēng)力發(fā)電到底是否能擔(dān)當(dāng)起可持續(xù)新能源這個(gè)角色的重任。

面對(duì)不斷高漲的反對(duì)聲音和對(duì)風(fēng)力發(fā)電潛力的質(zhì)疑，以風(fēng)力發(fā)電為主營(yíng)業(yè)務(wù)的幾家公司都在探索，想辦法克服這種發(fā)電方式的缺點(diǎn)。面對(duì)風(fēng)力發(fā)電噪音大、占地多和影響周邊居民生活的指責(zé)，最自然的應(yīng)對(duì)措施是把風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)搬到遠(yuǎn)離人煙的地方，比如沙漠當(dāng)中。而歐洲沒有沙漠，也沒有真正人煙稀少的地區(qū)，所以他們選擇了把風(fēng)力發(fā)電機(jī)搬進(jìn)海里。

到2011年，已經(jīng)有49個(gè)離岸風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)在9個(gè)國(guó)家的海域中建立起來，總裝機(jī)容量從幾十兆瓦到300兆瓦不等。2012年，英國(guó)的瓦爾內(nèi)海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)二期并網(wǎng)發(fā)電，使它成為世界上最大的海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，總裝機(jī)容量達(dá)到367兆瓦。

海上風(fēng)力發(fā)電的優(yōu)勢(shì)，除了基本不占用土地、對(duì)景觀和生態(tài)影響比較小以外，還在于海上沒有各種地形的影響，風(fēng)力資源比地上要豐富得多，因此發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性也高于陸地上的風(fēng)力發(fā)電，甚至可以在經(jīng)濟(jì)性上和傳統(tǒng)的發(fā)電方式一較短長(zhǎng)。

很多從事風(fēng)力發(fā)電的公司都認(rèn)為風(fēng)力發(fā)電在海上的發(fā)展會(huì)更快。據(jù)專門從事風(fēng)電行業(yè)咨詢的 BTM 公司估計(jì)，從2010年到2014年，海上風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)容量將增加15000兆瓦。

但這樣大規(guī)模的海上風(fēng)電擴(kuò)張也有隱憂。仍以瓦爾內(nèi)風(fēng)電場(chǎng)為例，它有100多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，占據(jù)了73平方公里的海域，都是水深不到30米的淺海。這樣的海區(qū)往往也是重要的航道和漁場(chǎng)，而且處于各國(guó)的領(lǐng)海或?qū)俳?jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)，大量地用來做風(fēng)電場(chǎng)不免有些可惜，間接地增加了發(fā)電的成本。

所以，就像海上石油開采業(yè)一樣，人們也把目光投向了深海地帶。

目前海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的建設(shè)方式，都需要在水中建立固定的基礎(chǔ)，再搭建支撐柱或者支撐平臺(tái)。深海區(qū)域的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，將采用類似深海鉆井平臺(tái)的浮動(dòng)式設(shè)計(jì)。挪威在2010年啟動(dòng)了一個(gè)試驗(yàn)性項(xiàng)目，在水深達(dá)到200米的水域建設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。他們的做法是用壓艙物穩(wěn)定一個(gè)直徑6米的空心鋼柱，使它直立在水中，再用3個(gè)錨點(diǎn)將其固定在海床上。從試驗(yàn)開始以來，這個(gè)機(jī)組已經(jīng)發(fā)電1500萬度，如果它順利地挺過2012年而沒有出現(xiàn)傾覆和起火等嚴(yán)重事故，將證明深海浮動(dòng)式風(fēng)力發(fā)電平臺(tái)是可行的。

這將意味著風(fēng)力發(fā)電不再限于水深較淺的北海等水域，在水深超過百米的地中海、美國(guó)東西海岸和日本以東海域都可以建設(shè)，大大擴(kuò)展能夠利用風(fēng)力的范圍。

和必須建立永久式基礎(chǔ)的陸上和淺海風(fēng)力發(fā)電平臺(tái)相比，深海浮動(dòng)式平臺(tái)還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，就是比較容易支撐起更大的機(jī)組，而不需要占用大量土地或材料建造，而這能使發(fā)電變得更加經(jīng)濟(jì)。地上的風(fēng)力發(fā)電單個(gè)機(jī)組的旋翼直徑不過100米，發(fā)電能力約3兆瓦，而深海風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的旋翼直徑可以達(dá)到150米以上，單臺(tái)發(fā)電能力達(dá)到7兆瓦。旋翼直徑達(dá)到200米的設(shè)計(jì)也正在論證階段。在同樣的面積上，深海風(fēng)力發(fā)電將產(chǎn)生比地面上多得多的電力。

同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組本身的設(shè)計(jì)也在改變。新的直驅(qū)式設(shè)計(jì)采用永磁體發(fā)電機(jī)，去掉了傳統(tǒng)的變速箱，理論上可以提高機(jī)組的可靠性。這對(duì)于遠(yuǎn)離海岸的深海風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說是非常重要的特性。不過直驅(qū)式電機(jī)需要的稀土元素的量十倍于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)，而95%的稀土元素生產(chǎn)被中國(guó)控制，這不能不讓國(guó)外的風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)有所顧慮。

海上風(fēng)力發(fā)電剛剛展現(xiàn)出它的潛力，更有野心的工程師已經(jīng)把目光投向天空。德國(guó)一家公司提出了一個(gè)“放風(fēng)箏”的方案，風(fēng)箏的尾巴就是一根纏繞在卷線盤上的長(zhǎng)繩，隨著風(fēng)箏飛遠(yuǎn)，長(zhǎng)繩帶動(dòng)卷線盤轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的轉(zhuǎn)動(dòng)就能用來發(fā)電。而繩子用完后，可以給風(fēng)箏發(fā)出信號(hào)，讓它找順風(fēng)的方向再飛回來。

隨著需求的增加和技術(shù)的發(fā)展，我們還將看到各式各樣的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在我們意想不到的地方出現(xiàn)。風(fēng)力發(fā)電還將不斷擴(kuò)展它的疆域，也許能源問題的解決之道，就在這些對(duì)可持續(xù)能源的創(chuàng)造性利用之中。

來源：北極星電力網(wǎng)

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