海上風(fēng)能與波浪能因其具有儲量大、分布廣泛等優(yōu)勢，引起了行業(yè)廣泛關(guān)注。然而由于現階段單獨的深遠海風(fēng)能與波浪能在經(jīng)濟性、穩定性、供應鏈等方面存在諸多挑戰，因此風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電這一形式逐漸走進(jìn)了人們的視野，將浮式風(fēng)機與波浪能裝置進(jìn)行科學(xué)集成組成集成系統為解決上述問(wèn)題提供了新思路。早在20世紀90年代國外就有學(xué)者提出類(lèi)似想法，但真正付諸實(shí)踐是在2000年之后，并且隨著(zhù)近些年海洋能源開(kāi)發(fā)向深遠海推進(jìn)，此概念又得到了更多的關(guān)注。
為什么是風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電
從資源特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，一是風(fēng)浪資源共生，風(fēng)資源豐富的地方波浪能資源也豐富，且兩者都是在深遠海的地方資源更為富集，兩者的結合是能源的高效利用，能夠有效提高單位海域的能量產(chǎn)出，有效提高海洋空間利用率。二是風(fēng)浪條件互補，海上風(fēng)能波動(dòng)性較強，吸收能量不夠穩定，而波浪能比較穩定，當海上風(fēng)能較小時(shí)，波浪能開(kāi)發(fā)裝置可提高電力供應穩定性。研究顯示，在風(fēng)速相對較低時(shí)，波浪能的發(fā)電量可以達到總功率的近四分之一左右，波浪能可作為風(fēng)機低額工作時(shí)一個(gè)很好的補充。三是波浪能裝置可以吸收波浪能量，減小波浪對裝備的沖擊，雖然波浪能裝置的加入略微增加了系泊最大張力，卻降低了系泊張力的變化幅值，有利于系泊系統的穩定性。
從技術(shù)發(fā)展來(lái)說(shuō)，一方面，漂浮式風(fēng)機開(kāi)發(fā)受阻，海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)由固定式向浮式發(fā)展沿襲了海洋油氣開(kāi)發(fā)的思路，是順理成章的技術(shù)發(fā)展路徑。但是，從當前發(fā)展情況來(lái)看，漂浮式風(fēng)機發(fā)展未及預期，復雜環(huán)境荷載給浮式風(fēng)機結構和系泊系統的穩定性與安全性帶來(lái)考驗，應用場(chǎng)景不明確、產(chǎn)業(yè)鏈建設不完善是其商業(yè)化發(fā)展的最大阻礙;另一方面，海洋能技術(shù)需要海上迭代條件，與風(fēng)機在陸上已實(shí)現多輪技術(shù)迭代與供應鏈建設等有利條件不同，海洋能開(kāi)發(fā)裝置一直存在供應鏈成本居高不下、可靠性相對較差等問(wèn)題。漂浮式風(fēng)機與海洋能開(kāi)發(fā)裝置聯(lián)合開(kāi)發(fā)，以相對成熟的浮式風(fēng)機技術(shù)帶動(dòng)海洋能開(kāi)發(fā)技術(shù)迭代，以海洋能規?；_(kāi)發(fā)為目標進(jìn)一步驅動(dòng)浮式風(fēng)機應用，為解決上述問(wèn)題提供了新思路。
從產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈來(lái)說(shuō)，一方面，兩者可共享基礎設施，風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電中風(fēng)機與波浪能裝置共用一套電力傳輸系統與并網(wǎng)設備，其中集成式聯(lián)合發(fā)電還能共享裝備基座，能大大降低電力運輸成本與裝備建造成本;另一方面，兩者可共享供應鏈，兩者同場(chǎng)布置，在發(fā)電場(chǎng)建設與后期運維保障過(guò)程中可以共用有關(guān)工程船舶與專(zhuān)業(yè)人員，降低工程建設與維保費用。有研究顯示，通過(guò)浮式風(fēng)電和波浪能項目之間的共享基礎設施、服務(wù)和供應鏈可以將風(fēng)電的平準化度電成本(LCOE)降低多達7%，將波浪能的平準化度電成本(LCOE)降低40%。
什么是風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電
風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電指的是將風(fēng)能和波浪能進(jìn)行混合開(kāi)發(fā)的方式，主要分為組成式聯(lián)合發(fā)電與集成式聯(lián)合發(fā)電兩種形式，其中組成式是將現有的海上風(fēng)電機組與波浪能發(fā)電裝置在場(chǎng)區內進(jìn)行排布，兩種裝置分別擁有獨立的基礎結構 ;集成式是將海上風(fēng)電機組與波浪能發(fā)電裝置匯集，進(jìn)行裝備一體化設計，從而構建為固定的發(fā)電單元，根據基座型式的不同分為漂浮式和固定式?？偟膩?lái)說(shuō)，集成式聯(lián)合發(fā)電裝備比單一發(fā)電裝備能更有效地利用海洋空間，陣列化布置后可有效提升發(fā)電場(chǎng)的發(fā)電效率和海域的能源利用率。且隨著(zhù)能源開(kāi)發(fā)向深遠海推進(jìn)，漂浮式裝備比固定式裝備更具有發(fā)展前景。因此，本文主要重點(diǎn)討論漂浮集成式聯(lián)合發(fā)電裝備的有關(guān)研究。
針對漂浮集成式聯(lián)合發(fā)電裝置，國內外研究機構、高校、學(xué)者提出了多種風(fēng)機與波浪能發(fā)電裝置相集成的裝備。這里僅介紹近些年由企業(yè)牽頭、且以工程化應用為目的的裝備研制情況。
從國外來(lái)看，2008年，丹麥Floating Power Plant公司設計了Poseidon 37風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電裝備且通過(guò)了樣機實(shí)況測試;2014年完成了商用平臺P80開(kāi)發(fā)，2019年開(kāi)始安裝測試P80樣機，包括1座 半潛 式平臺、1臺5～8MW風(fēng)機、1臺2～3.6MW波浪能裝置，據測算，該裝備波浪能利用率可以高達60%～80%，且波浪能裝置可抵消平臺波浪前進(jìn)方向能量，提高運維船登靠時(shí)的安全系數;2022年還與TechnipFMC合作研發(fā)了FPP Power-2-X浮式風(fēng)浪制氫解決方案。
FPP Power-2-X浮式風(fēng)浪制氫解決方案/FLOATING POWER PLANT VIA KIRT X THOMSEN
2019年，英國Marine Power Systems公司推出DualSub浮式風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電裝備原型機，預計第1臺商用DualSub額定容量約15MW。其波浪能裝置WaveSub、浮式風(fēng)機WindSub及集成方案DualSub等3種技術(shù)方案可根據海洋資源情況單獨部署，也可組合部署。據測算，該技術(shù)在大規模部署時(shí)更具成本競爭力。
2021年，法國TechnipFMC公司與澳大利亞Bombora公司合作開(kāi)發(fā)了InSPIRE浮式風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電裝備，示范項目容量合計6MW，未來(lái)在商業(yè)化應用時(shí)將擴展至12～18MW。
從國內來(lái)看，2023年，廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責任公司發(fā)布“漂浮式海上風(fēng)浪融合發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)研究招標公告”，擬開(kāi)展兆瓦級高效高可靠漂浮式風(fēng)機+波浪能一體化發(fā)電平臺關(guān)鍵技術(shù)研究，一體化發(fā)電平臺總功率≥10MW(波浪能裝機功率≤0.5MW)。
綜上，隨著(zhù)浮式技術(shù)的進(jìn)步，陣列化布置的兆瓦級漂浮式風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電裝備有望成為推進(jìn)風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電發(fā)展的主流型式。
未來(lái)如何發(fā)展風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電
加強頂層規劃設計。錨定推進(jìn)海洋能規?；_(kāi)發(fā)與海洋新能源裝備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展這兩大目標任務(wù)，堅持系統思維，統籌開(kāi)發(fā)安全和綠色發(fā)展，進(jìn)一步加大政策供給，構建風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電裝備培育結構，為海洋新能源裝備高質(zhì)量發(fā)展提供支撐保障。加強規劃引領(lǐng)，組織開(kāi)展風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電裝備規劃研究，統籌謀劃裝備中長(cháng)期發(fā)展布局，加強裝備規劃與能源規劃、海洋空間規劃、生態(tài)環(huán)保規劃等的銜接，開(kāi)展裝備體系設計，確保重點(diǎn)規劃項目方案合理性。
大力推進(jìn)科技創(chuàng )新。一是加強風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電方向技術(shù)研發(fā)投入。加強對有關(guān)技術(shù)研發(fā)的規劃布局，統籌科研力量和資源，加大對風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)平臺的支持，重點(diǎn)推進(jìn)一體化平臺、集成發(fā)電系統等集成發(fā)電技術(shù)，浮式基礎與風(fēng)機、波浪能裝置的結構耦合、水動(dòng)力性能等平臺關(guān)鍵技術(shù)。二是推動(dòng)落實(shí)示范工程。實(shí)施浮式風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電裝備示范工程，打通裝備研發(fā)、設計、建造、試驗、安裝、運維等海上風(fēng)能、波浪能綜合利用的全過(guò)程，并對關(guān)鍵零部件、核心材料提出國產(chǎn)化替代要求，通過(guò)工程示范提升先進(jìn)技術(shù)應用水平和國產(chǎn)化設備的可靠性、經(jīng)濟性和先進(jìn)性，加快形成海洋能規?；_(kāi)發(fā)能力。
完善產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈建設。一是共享基礎設施建設。針對浮式風(fēng)電和波浪能裝置可以共享的浮式基礎、系泊、電纜等，進(jìn)行系統分析和研究，在綜合安全性與經(jīng)濟性的基礎上統籌規劃建設浮式風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電裝備共享基礎設施。二是共享供應鏈及服務(wù)建設?？茖W(xué)設計浮式風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電裝備的建造和安裝過(guò)程、合理布局運維保障，有效提升服務(wù)效能、降低成本，為深遠海風(fēng)能、波浪能的商業(yè)化開(kāi)發(fā)奠定基礎。
來(lái)源：中國船檢
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