說實話,海面上那股風,刮了上萬年也沒人真正接住過。
這些能量就擺在那兒,白花花地浪費著。不是人類不想要,是實在夠不著——深水區的海床太深,傳統那套往下打樁的老辦法根本行不通。
直到有一天,漂浮式風機這個概念被人搞了出來。圈內有人專門核算過,這東西要是真能大規模鋪開,理論發電量能頂得上全球所有人口用電需求的11倍。數字大得嚇人,可偏偏就有一幫人已經在悶頭干了。
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先說傳統海上風電怎么干的,說穿了就一招:把風機往海底一扎,用樁基固定住,完事兒。簡單粗暴,但有個硬傷——水深一旦超過60米,造價就開始瘋漲,根本不劃算。
漂浮式風機壓根不走這條路。名字已經說明白了:漂在海面上,不打樁。
你別覺得"漂"這個字寫起來輕松,真要把模型做出來,普通泡沫材料根本扛不住浪,稍微一晃就翻了。真正把這些大家伙穩住的,是風機底下那些重量在2000到8000噸之間的巨型平臺。
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目前行業里跑得最多的是兩種結構:Spar式和半潛式。全球裝機最大的兩座漂浮式風電場——蘇格蘭的Kincardine和挪威的Hywind Tampen——走的都是這條技術路線。
Principle Power公司的Aaron Smith是這個領域的親歷者,世界上第一座大型漂浮式風電場就是他參與建的。他給我們拆解過原理:這些結構體內部挖了大量空腔,塞滿了空氣,跟造船一個邏輯——船體加上排開的水量比自身重量大,海水自然就把它托住了。
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浮起來只是第一步,更要命的是別讓它翻。
你想象一下,一臺漂浮式風機總高度能到253米,差不多是三座自由女神像摞一塊兒。重心高成這樣,上面風一推、下面浪一涌,整座塔筒隨時可能栽進海里。
Principle Power想出來的招是三柱結構,柱子寬窄能調,再配上一套"整體配平系統"。Aaron Smith介紹說,這套系統能在不同柱子之間來回轉移壓載水,把風機轉子產生的巨大力矩給吃掉,平臺始終保持直立。按這個設計,哪怕撞上50米高的巨浪、颶風級別的極端天氣,照樣扛得住。
說白了,道理跟你手邊一個礦泉水瓶差不多。空瓶子扔水里東倒西歪,灌點水進去就穩當了,再往底下塞幾塊石頭——整只瓶子就穩穩立在水面上了。
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Equinor的Spar系統走的就是壓艙這條路;半潛式靠把平臺做寬、用水來壓穩;還有張力腿平臺那種,直接用系泊纜繩從底下把平臺往下拽。但不管哪種方案,最后都得靠錨鏈把整個系統鎖在海床上。
把兩張地圖疊一塊兒看,答案就特別清楚了:一張標的是全球海上強風帶,另一張標的是近海水深。一對比就發現,風力最猛的那些海域,水深基本都在60米以上。而傳統樁基風機一旦碰上這種深度,建造成本就跟坐了火箭似的往上飆。
國際能源署2019年專門估算過:光是這些深水海域,每年理論上就能發33.3萬太瓦時的電——這個數相當于2040年全球電力總需求的11倍。
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蘇格蘭那個Kincardine風電場是目前全球跑得最好的,發電量夠3.4萬戶家庭用。更關鍵的是,這個項目容量因子做到了54%,而2018年全球海上風電平均水平才33%,差距相當明顯。
不過話說回來,到2023年初,全球已經建好的漂浮式風電場全部加在一起,總裝機才199兆瓦,說大不大,說小也不算太小。最大的幾個項目主要集中在歐洲、美國和東亞近海。
可如果把視線從海上拉回陸地,歐美那邊的風電故事就沒這么好聽了。
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21世紀頭十年,歐洲對風電那叫一個上心。到2012年,風電已經覆蓋了將近5000萬歐洲人,差不多占當時歐洲總人口的十分之一。可這些年風向悄悄變了。德國為了給煤礦擴建騰地方,居然反過來拆自家的風電場;法國國內也有政客公開喊話,要停補貼、拆風機。
日本福島的教訓更扎心。福島核事故之后,當地搞了一個海上風機項目,原本被當作福島復興的標志性工程。前前后后砸進去600億日元,最后發現根本達不到商用標準,項目被迫叫停。更尷尬的是,光是拆這些風機又得再掏50億日元。
設備老化這道坎,誰也繞不過去。
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有機構預測,到2023年,歐洲至少會有1.4萬片風機葉片報廢;美國那邊更夸張,多達210萬噸葉片材料等著處理。這些大家伙就地埋了會污染土壤,運去填埋場又是一筆天價開支。當初打著綠色旗號建起來的風機,到頭來卻可能因為廢棄處理的問題把環境再坑一把。
2022年,中國風電設備出口突破4萬臺,出口金額達到90億元,拿下了全球60%的市場份額。截至2022年底,中國風電累計裝機容量超過3.6億千瓦,占全球總量三分之一以上,連續十年穩坐全球第一把交椅。海上風電也在加速鋪開,從陸地王者一步步向藍色引擎轉型。
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再回頭看漂浮式風電這條新賽道,挑戰其實一點不少。
最現實的就是錢。2023年的數據擺在那兒:漂浮式發電成本幾乎是樁基式風電的兩倍。光風機加下部結構就占了一半投入,而且離岸越遠,后期運維越燒錢。
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Hayley Farr帶著團隊翻了89項研究,試圖拼出漂浮式風機完整的環境足跡。她坦言,大部分影響——比如電磁場、對鳥類和蝙蝠的碰撞風險——跟陸上風電、樁基海上風電差不多,主要區別在具體地點和周邊物種。
但漂浮式有一個獨屬的麻煩:系泊纜繩。這些纜繩有可能鉤住水下漂浮物,進而纏住海洋生物;纜繩還會在海床上小范圍擺動,對當地棲息地有一定干擾。好消息是,多數研究都顯示,新的海洋生態系統往往會在這些人工結構周圍慢慢重新建立起來。
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漂浮式真正的殺手锏其實在施工環節——不用打樁。打樁那一套得動用巨型機械,噪聲大、動靜大,對周邊野生動物的干擾非常明顯。而漂浮式風機完全可以在港口里組裝好,然后由一艘拖船拉到指定位置,到了就能用。
清潔能源這條路必須走下去,這一點沒有任何爭議。但漂浮式風電眼下的成本仍然不便宜,要真正實現大規模普及,需要在全球范圍內搭建一整套配套基礎設施。這事最終能不能成,目前來看,還是個懸而未決的大問號。
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