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5兆瓦浮動(dòng)“金字塔”海上風(fēng)力渦輪機(jī)將接受測(cè)試

2022-12-08 瀏覽數(shù)：1094

正如我們之前所討論的，用于陸上風(fēng)力渦輪機(jī)的典型扇形風(fēng)輪設(shè)計(jì)在海上并不是很合適，而世界上最好的風(fēng)能資源大多在海上。當(dāng)水太深，無法將巨大的桿子錨定在海床上時(shí)，渦輪機(jī)需要浮動(dòng)設(shè)計(jì)。而當(dāng)試圖使用從陸地技術(shù)改編的風(fēng)輪設(shè)計(jì)時(shí)，需要在底部有大量的壓載材料，它們的部署和服務(wù)既困難又昂貴，而且安裝在機(jī)艙一側(cè)的巨大風(fēng)扇所帶來的巨大物理壓力意味著需要運(yùn)行巨大的軸承來承受其巨大的單側(cè)重量。

　　浮動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)對(duì)海上風(fēng)電的未來至關(guān)重要，而要將能源成本降低到一個(gè)有競(jìng)爭(zhēng)力的水平，它們需要完全不同的思維。法國(guó)公司Eolink正開始建造其創(chuàng)新的金字塔形浮動(dòng)風(fēng)力渦輪機(jī)的全尺寸示范機(jī)，它可以減少30%以上的材料和重量，并有望大大節(jié)省能源成本。

　　正如我們之前所討論的，用于陸上風(fēng)力渦輪機(jī)的典型扇形風(fēng)輪設(shè)計(jì)在海上并不是很合適，而世界上最好的風(fēng)能資源大多在海上。當(dāng)水太深，無法將巨大的桿子錨定在海床上時(shí)，渦輪機(jī)需要浮動(dòng)設(shè)計(jì)。而當(dāng)試圖使用從陸地技術(shù)改編的風(fēng)輪設(shè)計(jì)時(shí)，需要在底部有大量的壓載材料，它們的部署和服務(wù)既困難又昂貴，而且安裝在機(jī)艙一側(cè)的巨大風(fēng)扇所帶來的巨大物理壓力意味著需要運(yùn)行巨大的軸承來承受其巨大的單側(cè)重量。

　　波士頓初創(chuàng)公司T-Omega描述了一種不同的方法，一種從頭開始為深海部署而設(shè)計(jì)的方法，可以大大減少大型渦輪機(jī)的重量、成本和工程壓力，同時(shí)使其更容易部署和維護(hù)。雖然T-Omega公司仍在尋找合作伙伴，以使其設(shè)計(jì)通過波浪箱測(cè)試并投入商業(yè)使用，但法國(guó)公司Eolink似乎正在將類似的想法付諸實(shí)施。

　　這種設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵在于它的金字塔底座，用一對(duì)三角形取代了風(fēng)車設(shè)計(jì)的單桿，其方式與摩天輪的懸掛方式基本相同。巨大風(fēng)扇的巨大重量被均勻地分配到兩端的軸承上，而不是只有一個(gè)。因此，頂部的機(jī)艙可以更輕一些，而不是一個(gè)單一的整體桿，可以安裝四個(gè)更細(xì)的支持結(jié)構(gòu)，作為一個(gè)金字塔形狀，這大大減輕了重量，而且它還讓底部有一個(gè)寬大的底座，而不是一個(gè)單一的點(diǎn)，因此不需要沉重的壓載金屬來保持直立。

　　不能在陸地上使用這些摩天輪金字塔設(shè)計(jì)，因?yàn)殛懙厣系臏u輪機(jī)需要能夠向風(fēng)中傾斜，以使其輸出最大化。這在深海中不是問題，只需將這些漂浮的金字塔拴在底部。無論風(fēng)向如何，渦輪機(jī)都會(huì)被吹向那個(gè)方向，而且由于系繩安裝在正面，它最終總是朝向風(fēng)向。

　　雖然風(fēng)向和洋流在深海中通常是一致的，但Eolink設(shè)計(jì)了一個(gè)動(dòng)態(tài)壓載系統(tǒng)，當(dāng)兩者不一致時(shí)，可以將渦輪機(jī)轉(zhuǎn)向120度。這也讓操作者轉(zhuǎn)移每個(gè)渦輪機(jī)后面留下的尾流，有可能犧牲前排渦輪機(jī)的一點(diǎn)功率，以最大限度地提高整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的輸出。

　　金字塔設(shè)計(jì)對(duì)支撐桿的壓力大大降低，因此它們可以更小、更輕。由于不再有葉片可能撞到支撐桿的問題，在給定的機(jī)艙高度下，葉片可以更長(zhǎng)、更靈活。

　　在建造和部署這些機(jī)器方面，一切都簡(jiǎn)單得多。它們可以在船廠建造并直接部署到水中，由于它們?cè)谒€下沒有攜帶大量的壓艙物，因此它們可以漂浮在相對(duì)較淺的深度。一個(gè)船廠一年大約能夠部署67臺(tái)渦輪機(jī)。

　　一旦建成，只需要將它們放進(jìn)水里，拖到指定風(fēng)場(chǎng)，拴住它們，連接起來，就可以開始運(yùn)行了。不需要每天花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元的專業(yè)起重船來部署或維護(hù)，因?yàn)榭梢灾苯影阉鼈兺匣馗劭冢@要容易得多，便宜得多。

　　因此，在材料、工程、建造、部署、規(guī)模和終身維護(hù)之間，這些設(shè)計(jì)應(yīng)該在每一步都有成本優(yōu)勢(shì)。隨著歐洲海上風(fēng)電領(lǐng)域在材料成本上升、通貨膨脹、供應(yīng)鏈問題和來自中國(guó)公司的壓力面前掙扎，這些優(yōu)勢(shì)可能是絕對(duì)的關(guān)鍵。

　　根據(jù)Recharge News的報(bào)道，由于西班牙Acciona能源公司和項(xiàng)目管理公司Valorem的新投資，Eolink已經(jīng)獲得了最終投資決定（FID）。現(xiàn)在，Eolink獲得了2300萬(wàn)美元的全部資金，開始制造一個(gè)全尺寸的測(cè)試渦輪機(jī)，并將其部署在法國(guó)大西洋的SEM-REV測(cè)試基地。

　　這個(gè)5兆瓦的示范機(jī)將重達(dá)1100噸，每邊有52米（171英尺）的方形底座。轉(zhuǎn)子本身將有一個(gè)143米（469英尺）的直徑。Eolink表示，在相同的額定輸出下，其設(shè)計(jì)應(yīng)比傳統(tǒng)的風(fēng)輪少用30%以上的鋼材。由于葉片不再有撞擊塔架的風(fēng)險(xiǎn)，在給定的塔架高度下，可以安裝更長(zhǎng)、更靈活的葉片，從而在相同的風(fēng)力條件下，估計(jì)可以增加10%的能量輸出。這個(gè)月開始施工，預(yù)計(jì)到明年（北半球）春天就會(huì)停泊和錨定到位，并將于2024年投入使用。

　　就底價(jià)而言，Eolink表示，它預(yù)計(jì)這些機(jī)器提供的電力比"參考技術(shù)"要便宜20-25%。因此，這并不是像T-Omega和更極端的解決方案（如World Wide Wind的雙反轉(zhuǎn)垂直軸風(fēng)力渦輪機(jī)）所承諾的那樣激進(jìn)地削減50%的價(jià)格，但看起來這些法國(guó)渦輪機(jī)將更早地在商業(yè)規(guī)模上進(jìn)行測(cè)試。

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