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在全球海上風電步入深遠海的當下，浮式海上風機已不再局限于傳統主流的單個機組樣式設計，風機平臺設計的創新正為海上風能資源開發提供新的動力。
近日，歐洲浮式海上風機生產商SeaTwirl公司宣布，其研發的垂直軸浮式風機獲得挪威政府批準，可在挪威水深50米以上的深海區域開展浮式風電樣機相關試驗。這是全球首例可投入實際工業應用的垂直軸浮式風機案例，開創了垂直軸浮式風機應用先河。
實際上，在全球海上風電步入深遠海的當下，浮式海上風機已不再局限于傳統主流的單個機組樣式設計，風機平臺設計的創新正為海上風能資源開發提供新的動力。
垂直軸風機受青睞
據SeaTwirl公司官方網站介紹，目前，浮式海上風電領域主流的風機大多使用的是水平軸轉動發電方式，而此次獲得下水試驗批準的機型采取了圓環形狀的風機葉片設計樣式，用垂直軸轉動的方式進行發電。此次計劃投入試驗的樣機功率為1兆瓦，該公司稱，未來將進一步加大浮式風電機組發電功率。
公開消息顯示，SeaTwirl公司于2010年進入垂直軸浮式風機研發領域，是目前少有的垂直軸浮式風機開發商。在該公司技術總監喬納森·博思慕看來，與水平軸轉動的浮式風機相比，以垂直軸轉動的風機重心相對較低，發電設備距離海平面更近，不僅方便安裝、維護，其穩定性也相對更高，更加適用于深遠海區域。
不僅如此，英國曼徹斯特大學研究人員巴勃羅·歐羅也在一份研究中指出，在海上風電場中，垂直軸浮式風機受到的尾流干擾相對較少，這也意味著風機能夠更好地捕獲風能，有助于提高發電量。另據SeaTwirl公司測算，應用垂直軸浮式風機或可將浮式風電場的平準化度電成本降低20%左右。
近年來，全球海上風電裝機量呈現爆發式增長，近海風能資源已得到了相對充分的開發，為獲得更豐富的海上風能資源，深遠海風電開發已勢在必行。面對龐大的深遠海風能資源儲量，全球風電設備制造商都在摩拳擦掌，除了不斷提高海上風機單機功率之外，更是在結構、設計上創新，推出了前所未有的樣機設計。
浮式風機樣式愈加豐富
除了環形垂直軸風機外，采用兩臺風機的“雙頭”浮式風機技術便是另一大范例。2020年，歐洲浮式風機設計生產商Hexicon公司就宣布了“雙頭”浮式風機的開發計劃。2022年底，歐洲專利局確認授予該浮式平臺技術專利。時至目前，該公司的旗艦產品TwinWind已獲得了英國、意大利、韓國等多國的海上風電場訂單，開始進入實際應用階段。
Hexicon公司首席執行官曾表示，該公司開發的浮式風電平臺可提高特定水域的風機密度，有效降低了風機平臺和海纜數量，能夠更有效地實現電力生產并降低成本。
去年下半年，明陽智慧能源集團股份公司也面向全球發布了雙轉子浮式海上風電平臺“OceanX”，該機組正是在浮式基座上搭載了兩臺單機功率為8.3兆瓦的機組，以“V型”排列，將在今年下水安裝。
不僅如此，在風機設計公司WCS看來，除了“雙頭”機，在漂浮式平臺上排列數十乃至上百臺風機一并進行發電的設計同樣具有潛力。2021年，該公司宣布與工程承包商Aibel公司合作研發多風機排列的浮式平臺，利用大量風機形成超大陣列，遠遠看去儼然一面風帆。WCS公司首席執行官表示，這一浮式風機設計方式與主流方式相比可降低80%的海上風電場使用面積，同時能夠降低海上風電生產成本，提高浮式海上風電成本競爭力。
降本將成浮式風電發展關鍵
值得注意的是，從目前已經面世的各類浮式風機的創新設計來看，降本始終是樣機設計繞不開的議題。業界普遍認為，隨著全球海上風電開發步入水深超過50米的深遠海區域，傳統固定式海上風機經濟性大幅下降，浮式平臺已成為首選。然而，直至目前，浮式海上風電尚未進入商業化開發階段，成本高企成為深遠海風電開發的一大阻礙。
不過，全球風能理事會認為，隨著多國浮式海上風電項目推進、技術不斷創新，浮式海上風電產業距離商業化已經不遠。該機構指出，英國、中國、挪威等國已新增了多個浮式海上風電項目，在各國浮式海上風電相關支持政策刺激下，2030年前，全球浮式海上風電裝機量有望達到1890萬千瓦。而風機技術的創新、資本支出的提升、項目設計的改善等因素都將成為推動浮式風電降本的關鍵因素。2035年至2050年期間，全球浮式海上風電度電成本降幅可達17%至40%。
對于我國浮式海上風電產業來說，行業人士普遍認為，在海上風電供應鏈不斷成熟的當下，浮式海上風電的降本速度或高于預期。市場研究機構平安證券在研報中表示，盡管成本依然較高、商業化尚需時日，但浮式海上風電具有較清晰的降本路徑，包括風機單機容量進一步提升、規模效應帶來的成本下降、浮式基礎的優化設計等，國內供應鏈基礎較好，未來有望實現快速降本。
