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日本押宝浮体式海上风电挑战欧洲优势地位2019iyiou

来源: 作者: 2019-05-14 16:04:09

日本押宝浮体式海上风电 挑战欧洲优势地位

日本在其近海接连实施浮体式海上风力发电实证试验。这关系到确保稳定的国产能源和培养海洋开发产业。

8月中旬,在距离陆地约20公里的福岛海域,水面上出现了一座叶片旋转直径为80米的巨型风车。这是一台功率达2000千瓦的大型风力发电机。

风车建在漂浮在海面的 浮体 之上。在东京湾沿岸的船坞(三井造船公司千叶工厂)进行组装后,连风车带浮体整体拖航至福岛海域,再用锁链栓系在海底。在2014年以后,还将追加两座由三菱重工业公司开发、功率达到世界水平7000千瓦的风力发电机。

浮体式海上风力发电是在全球都仍处于实验阶段的技术。在日本,除了经济产业省在福岛海域开展的实验外,环境省与京都大学等在距离长崎县五岛市椛岛1公里的海域,接受日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)补贴的三井海洋开发公司在佐贺县呼子町海域,也在分别开展实证试验。

其目的是通过实证试验,分析发电量及建设、维持成本等实现商业化需要的信息。这将成为日本政府制定可再生能源发电固定价格收购制度收购价格的依据。统管福岛海域项目的丸红公司国内电力项目部长福田知史展望未来表示: 只是进行试验并没有意义。我们还将(在福岛海域)继续增加风车。争取在5年后实现商业化。

替代火电站与核电站

海上风力与其他可再生能源的很大不同之处在于,可以实现大规模集中型发电站。日本的专属经济区(EEZ)面积居世界第六。只要开辟出3公里见方的海域,就能设置100座目前正在开发的7000千瓦级大型风车,容量堪比大型火力发电站和中型核电站。如果是在海面之上,日本就可以通过风车追求狭小国土难以实现的 规模经济 。

日本的海域浅滩较窄,不适合大规模建设基础设在海底、利用支柱支撑的 着床式 海上风车。浮体式实现实用化的关键,在于如何充分利用广阔的专属经济区。对于其意义,福田部长强调说: 只要成功,就能获得永不枯竭的庞大国产能源资源。这将在保障安全和国际竞争力方面给日本带来巨大的好处。

但另一方面,对于日本而言,这也是一项重大挑战。三菱重工是日本的风力发电机生产企业,但世界份额仅为2%。目前可以量产的风车功率为2000千瓦左右。在国内尚无大市场的风力领域,日本企业的确落在了后面。

打入处于劣势的风车市场

海上风力的建设成本负担要比陆地大,因此,在着床式海上风力建设的欧洲,为了提高单位建设成本的发电量,风车在向大型化发展。主流为3000千瓦级,5000千瓦级也已经投入了商业运转。在建设成本高于着床式的浮体式风力领域,大型化也是必须解决的课题。

在欧洲,以英国为首,大规模项目蜂拥而起。海上风力的累计装机容量在2009年为207万千瓦,到3年后的2012年,已经增加到500万千瓦,是2009年的2.5倍。值得关注的是风力发电机的势力图。陆地份额只有个位数、勉强挤进前十的德国西门子公司在海上拥有50%以上的份额。

2012年,西门子决定退出太阳能发电和太阳热发电业务,在可再生能源领域集中专攻风力和水力发电。西门子日本公司专务执行董事藤田健一表示,西门子对海上风力的定位是, 除了大型化之外,还要应对盐害、雷击等众多情况,是能够发挥西门子技术实力的领域 。在技术实力掌握关键的海上风力市场上,日本企业也有发起反攻的机会。

三菱重工力争实现实用化的7000千瓦级风车,叶片长度超过80米,支柱超过100米。其问题在于维护和维修。

通常,作为关键部件的发电机等容纳在叶片的旋转中心(机舱)之中。如果是在高处,而且是在海上进行操作,耗费的成本十分庞大。如何减少维护和维修决定着发电业务的成败。

为此,三菱重工正在开发无需增速机(齿轮),即可将叶片的旋转力传送到发电机的 油压驱动 技术。如果是使用增速机的普通机构,风车越大,施加到齿轮上的力越大,就越容易发生故障。为此,三菱重工通过收购已开发出油压控制技术的英国风险企业,将其技术应用到了风力发电机之中。油压驱动机构的特点是,不易发生故障,与增速机不同,即使部件部分损坏,功率也不会降到零。

浮体式需克服摇摆

计划在佐贺县呼子海域开展实证试验的三井海洋开发从根本上改进了适合浮体式的发电机结构。作为三井造船旗下从事海洋开发业务的子公司,该公司建设了许多作为海上石油和燃气生产基地的浮体。海上工作经验丰富的事业开发部长中村拓树自称是 边维护边操作海上漂浮工厂的专家 。中村部长认为: 通常的风车重心高,不适合在浮体上设置。在海面上,高处的旋转机构会不停摇摆,在海上进行维护并不现实。

为此,三井海洋开发通过组合达里厄风车与萨沃纽斯水车,开发出了 浮体式潮流风力混合动力发电机 。达里厄风车是一种旋转轴垂直安装的风车,机构部分安装在支柱的底部,因此降低了重心,可在浮体甲板上进行维护。再通过在浮体水面以下的部分安装无论潮流方向如何,都能保证旋转方向相同的萨沃纽斯水车,就可同时进行潮流发电。三井海洋开发用于实证试验的达里厄风车直径为28米、高50米,与水车相加,输出功率为900千瓦。

在福岛海域的实证项目中,开发可使结构物在海上保持稳定的浮体也是一项重要课题。这次,三井造船建造出了承托2000千瓦风车的浮体。而且,通过此次项目,日本IHI公司与JFE控股公司合资的造船企业日本造船联合公司(JMU)还将建设世界上首座海上变电站,以及预定于2014年设置的7000千瓦风车浮体。

日本造船联合开发的浮体名为 先进浮筒型平台 ,对一种圆柱型浮体进行了改良。工程生命周期事业本部副本部长大松哲也说: 这种浮体不摇晃,能够防止构成变电站的变压器内部漏油,颇受好评。 即便是风速50米的强风和五十年一遇的22米大浪,浮体的倾斜度也仅为5~6度。

成为海洋资源开发的起爆剂

欧洲风能协会(EWEA)预测,欧洲的海上风力设备容量将在2020年底达到4000万千瓦,在2030年底达到1.5亿千瓦。其增长速度惊人。英国政府为了利用风力发电满足国内3分之1的电力消费,正在推进大规模海上风力计划,三菱重工也参与了其中的开发项目。该公司力争凭借其开发的油压驱动风车打入欧洲这一巨大市场。

在欧洲,利用浅滩的着床式风力发电一直是主流,但担任福岛海域项目顾问的东京大学教授石原孟主张说: 在不远的将来,主流将逐渐向浮体式转移,这是显而易见的。企业能否在该领域引领世界,要看近几年的开发成果。

石原教授还说: 应当把浮体式风力发电打造成日本向海洋开发国家转型的起爆剂。 包括开发在海上生产、储存石油和燃气的浮体式设备及系泊技术在内,海洋资源开发与浮体式海上风力有很多相通之处。

日本政府4月公布的《海洋基本计划》把开发海洋资源和能源作为了一大支柱。

由于造船需求的减少,日本的造船业正面临着困境。规模约为8万亿日元的普通商船市场在今后也难有大的增长。

相反,海上风力的规模预计在2020年将从现在的几千亿日元快速扩大到5.7万亿日元。海底油气田生产需要的海洋资源开发船也有望扩大到现在的近3倍,达到10.8万亿日元。

其实,日本的造船业曾经在海洋开发方面吃过苦头。1980年代中期,日本的造船企业曾大举进军海洋开发船领域,但家家亏损,多数企业不得已选择了撤退。对于其中的原因,关系人士解释称: 只生产一艘的特殊船建造不适合当时以量产为主的日本国内造船业。 在佐贺县呼子海域开展浮体式风力实证试验的三井海洋开发是该领域少数幸存下来的日本企业之一。

在欧洲,海上风力开发计划进展顺利的基础在于通过北海油田培育壮大的海洋开发产业。倘若日本能够引领在世界上刚刚起步的浮体式海上风力的开发,不只是风车产业,或许还能够成为培育海洋开发产业的踏板。日本的海上风力战略将会对日本的产业形成广泛的影响。(《日经环保》:中西清隆)

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