如何使浮动风电场成为绿色电力的未来

如何使浮动风电场成为绿色电力的未来
英国的Vismar / Shutterstock

自2010年以来,风能在全球范围内持续增长,海上风能产生的能源量增加了 每年近30%。 世界各国需要迅速增加可再生能源的供应,以满足不断增长的需求并迅速减少排放。 尽管有这样的紧迫性,但海上风电目前仅占世界电力供应的不到1%。

许多用于建设风电场的主要浅水地点都在开发中。 但是,根据下面的全球装机容量图,海上风能的潜力仍在很大程度上尚未开发。

陆上与海上风电容量

陆上与海上风电容量(如何使浮动风电场成为绿色电力的未来)关键:海上风=浅灰色,陆上风=深灰色。 伊雷娜, 作者提供

这种未开发潜力的原因是 80%的风 在不超过60米的深水中不间断地吹向海上,埋在海床中的涡轮很难建造。

解决方案可以是海上浮动风电场。 那么是什么阻碍了他们呢?

海上浮动风

所有的酒吧中,只有少数现有的海上风力涡轮机都通过固定的基础连接到海床-大部分是大型钢管桩,过渡到海床上方的涡轮机桅杆。 这些所谓的固定底涡轮机仅限于50米或60米的水深。

但是最近的项目包括 海风 在苏格兰海岸外 风车 在葡萄牙以外的地区,表明可以建造浮动式风力涡轮机。 一台六兆瓦的涡轮机(如Hywind农场中使用的涡轮机)可以产生足够的电力来为4,000个英国家庭供电。

但要为全球人口提供同等的家庭用电 9的2050十亿 这将需要大约100万台海上风力涡轮机(当前数量增加XNUMX倍),以及额外的容量来满足未来的能源需求。

不幸的是,尽管浮动风电场在技术上是可行的,但在经济上却不可行。 在海上做任何事情都是 昂贵。 要建造一个15吉瓦的固定底风力发电场,完成必要的现场调查的成本约为650万英镑。 该农场的安装和调试费用约为75亿英镑,而每年的运营和维护成本约为25万英镑。 使用寿命大约为300年,而退役还需要XNUMX亿英镑。

然而浮动风电场仍处于设计和技术的初期, 甚至更贵。 尽管2019年海上风能的交付价格在每兆瓦时电力36英镑至45英镑之间,但目前对浮动风电的拍卖定价 超过两倍.

离岸结构也很大。 Hywind的六兆瓦涡轮机直径为154米-每个叶片的长度与A380飞机的翼展相同。 西门子Gamesa 10兆瓦涡轮机的转子直径为193米,而美国国家可再生能源实验室15兆瓦参考涡轮机的直径为240米。 在海洋中构建,安装,运行,监视,维护和停用这种规模的基础架构并非易事。

在世界上第一个浮动风力发电场Hywind Scotland中使用的五台涡轮机中的两台。在世界上第一个浮动风力发电场Hywind Scotland中使用的五台涡轮机中的两台。 Terje Aase / Shutterstock

尽管能源公司经常在海上建造很远的地方,但单个浮动式风力涡轮机产生的能量却比单个海上石油或天然气钻机少得多。 在整个使用寿命中,取决于两个结构的大小,它的范围可能会小1,000倍。 因此,为使可再生能源获得相同的能源产量,需要更多的基础设施。 与海上石油或天然气生产能源的成本相匹配,将海上风力涡轮机停在海上并保持在海上的价格必须便宜得多。

从传统的海上工程学可以学到很多,以帮助向可再生能源过渡。 但是,无法通过做更多相同的事情或提高现有方法和技术的效率来实现必要的成本削减。

技术解决方案

这就是为什么可能需要采用新技术来使浮动风电场具有成本效益的原因。 例如,使用机器人和其他自主技术来控制海上工程活动-从调查海床到操作,检查和维护浮式风力发电机组-可以降低对工人的风险,并可以更有效地控制这些复杂的系统。

在当今正在建设的巨大发展中,尤其是对未来计划中的发展,由人们对海上风电场进行例行检查是不切实际的。 内置于浮动风电场各部分中的智能传感器可以连续评估结构的运行状况。

机器学习 它使用数据来教计算机自己做出决策,它可以用来告诉我们设计期间最有效的锚,或者系泊缆线在操作过程中可能会发生故障的风险。

机器学习已经可以使用天气数据来控制涡轮叶片的位置,以最大程度地产生它们的能量或防止在大风或暴风雨中受损。 新方法 将物理与机器学习相结合可以用更少的数据做出可靠的预测,这在难以收集数据的海上很有用。

随着英国政府开始 查询 作为应对气候变化的技术创新,海上风电是第一个停靠港。 通过对未来技术的投资,浮动风电场可以帮助提高该国乃至世界可再生能源的发电能力。谈话

苏珊·古尔韦内克(Susan Gourvenec),皇家工程学院新兴技术-智能和弹性海洋工程系主任, 南安普敦大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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