如何使浮動風電場成為綠色電力的未來

如何使浮動風電場成為綠色電力的未來
英國的Vismar / Shutterstock

自2010年以來,風能在全球範圍內持續增長,海上風能產生的能源量增加了 每年接近30%。 世界各國需要迅速增加可再生能源的供應,以滿足不斷增長的需求並迅速減少排放。 儘管有這樣的緊迫性,但海上風電目前僅佔世界電力供應的不到1%。

許多用於建設風電場的主要淺水地點都在開發中。 但是,根據下面的全球裝機容量圖,海上風能的潛力仍在很大程度上尚未開發。

陸上與海上風電容量

陸上與海上風電容量(如何使浮動風電場成為綠色電力的未來)關鍵:海上風=淺灰色,陸上風=深灰色。 伊雷娜, 作者提供

這種未開發潛力的原因是 80%的風 在不超過60米的深水中不間斷地吹向海上,埋在海床中的渦輪很難建造。

解決方案可以是海上浮動風電場。 那麼是什麼阻礙了他們呢?

海上浮動風

所有的酒吧中,少數現有的海上風力渦輪機都通過固定的基礎連接到海床-大部分是大型鋼管樁,過渡到海床上方的渦輪機桅杆。 這些所謂的固定底渦輪機僅限於50米或60米的水深。

但是最近的項目包括 海風 在蘇格蘭海岸外 風車 在葡萄牙以外的地區,表明可以建造浮動式風力渦輪機。 一台六兆瓦的渦輪機(如Hywind農場中使用的渦輪機)可以產生足夠的電力來為4,000個英國家庭供電。

但要為全球人口提供同等的家庭用電 9的2050十億 這將需要大約100萬台海上風力渦輪機(當前數量增加XNUMX倍),以及額外的容量來滿足未來的能源需求。

不幸的是,儘管浮動風電場在技術上是可行的,但在經濟上卻不可行。 在海上做任何事情都是 昂貴。 要建造一個15吉瓦的固定底風力發電場,完成必要的現場調查的成本約為650萬英鎊。 該農場的安裝和調試費用約為75億英鎊,而每年的運營和維護成本約為25萬英鎊。 使用壽命大約為300年,而退役還需要XNUMX億英鎊。

然而浮動風電場仍處於設計和技術的初期, 甚至更貴。 儘管2019年用於輸送海上風能的價格在每兆瓦時電力36英鎊至45英鎊之間,但目前對浮動風能的拍賣定價 超過兩倍.

離岸結構也很大。 Hywind的六兆瓦渦輪機直徑為154米-每個葉片的長度與A380飛機的翼展相同。 西門子Gamesa 10兆瓦渦輪機的轉子直徑為193米,而美國國家可再生能源實驗室15兆瓦參考渦輪機的直徑為240米。 在海洋中構建,安裝,運行,監視,維護和停用這種規模的基礎架構並非易事。

在世界上第一個浮動風力發電場Hywind Scotland中使用的五台渦輪機中的兩台。在世界上第一個浮動風力發電場Hywind Scotland中使用的五台渦輪機中的兩台。 Terje Aase / Shutterstock

儘管能源公司經常在海上建造很遠的地方,但單個浮動式風力渦輪機產生的能量卻比單個海上石油或天然氣鑽機少得多。 在整個使用壽命中,取決於兩個結構的大小,它的範圍可能會小1,000倍。 因此,為使可再生能源獲得相同的能源產量,需要更多的基礎設施。 與海上石油或天然氣生產能源的成本相匹配,將海上風力渦輪機停在海上並保持在海上的價格必須便宜得多。

從傳統的海上工程學可以學到很多,以幫助向可再生能源過渡。 但是,無法通過做更多相同的事情或提高現有方法和技術的效率來實現必要的成本削減。

技術解決方案

這就是為什麼可能需要採用新技術來使浮動風電場具有成本效益的原因。 例如,使用機器人和其他自主技術來控制海上工程活動-從調查海床到操作,檢查和維護浮式風力發電機組-可以降低對工人的風險,並可以更有效地控制這些複雜的系統。

在當今正在建設的巨大發展中,尤其是對未來計劃中的發展,由人們對海上風電場進行例行檢查是不切實際的。 內置於浮動風電場各部分中的智能傳感器可以連續評估結構的運行狀況。

機器學習 它使用數據來教計算機自己做出決策,它可以用來告訴我們設計期間最有效的錨,或者係泊纜線在操作過程中可能會出現故障的風險。

機器學習已經可以使用天氣數據來控制渦輪葉片的位置,以最大程度地產生它們的能量或防止在大風或暴風雨中損壞。 新方法 將物理與機器學習相結合可以用更少的數據做出可靠的預測,這在難以收集數據的海上很有用。

隨著英國政府開始 查詢 作為應對氣候變化的技術創新,海上風電是第一個停靠港。 通過對未來技術的投資,浮動風電場可以幫助提高該國乃至世界可再生能源的發電能力。談話

蘇珊·古維內克(Susan Gourvenec),皇家工程學院新興技術-智能和彈性海洋工程系主任, 英國南安普敦大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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