風浪聯合發(fā)電發(fā)展現狀與思考

　　海上風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)廣泛關注。然而由于現階段單獨的深遠海風能與波浪能在經濟性、穩(wěn)定性、供應鏈等方面存在諸多挑戰(zhàn)，因此風浪聯合發(fā)電這一形式逐漸走進了人們的視野，將浮式風機與波浪能裝置進行科學集成組成集成系統為解決上述問題提供了新思路。早在20世紀90年代國外就有學者提出類似想法，但真正付諸實踐是在2000年之后，并且隨著近些年海洋能源開發(fā)向深遠海推進，此概念又得到了更多的關注。

　　為什么是風浪聯合發(fā)電

　　從資源特點來說，一是風浪資源共生，風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出，有效提高海洋空間利用率。二是風浪條件互補，海上風能波動性較強，吸收能量不夠穩(wěn)定，而波浪能比較穩(wěn)定，當海上風能較小時，波浪能開發(fā)裝置可提高電力供應穩(wěn)定性。研究顯示，在風速相對較低時，波浪能的發(fā)電量可以達到總功率的近四分之一左右，波浪能可作為風機低額工作時一個很好的補充。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(wěn)定性。

　　從技術發(fā)展來說，一方面，漂浮式風機開發(fā)受阻，海上風電開發(fā)由固定式向浮式發(fā)展沿襲了海洋油氣開發(fā)的思路，是順理成章的技術發(fā)展路徑。但是，從當前發(fā)展情況來看，漂浮式風機發(fā)展未及預期，復雜環(huán)境荷載給浮式風機結構和系泊系統的穩(wěn)定性與安全性帶來考驗，應用場景不明確、產業(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，海洋能技術需要海上迭代條件，與風機在陸上已實現多輪技術迭代與供應鏈建設等有利條件不同，海洋能開發(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題。漂浮式風機與海洋能開發(fā)裝置聯合開發(fā)，以相對成熟的浮式風機技術帶動海洋能開發(fā)技術迭代，以海洋能規(guī)?；_發(fā)為目標進一步驅動浮式風機應用，為解決上述問題提供了新思路。

　　從產業(yè)鏈供應鏈來說，一方面，兩者可共享基礎設施，風浪聯合發(fā)電中風機與波浪能裝置共用一套電力傳輸系統與并網設備，其中集成式聯合發(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，兩者同場布置，在發(fā)電場建設與后期運維保障過程中可以共用有關工程船舶與專業(yè)人員，降低工程建設與維保費用。有研究顯示，通過浮式風電和波浪能項目之間的共享基礎設施、服務和供應鏈可以將風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%。

　　什么是風浪聯合發(fā)電

　　風浪聯合發(fā)電指的是將風能和波浪能進行混合開發(fā)的方式，主要分為組成式聯合發(fā)電與集成式聯合發(fā)電兩種形式，其中組成式是將現有的海上風電機組與波浪能發(fā)電裝置在場區(qū)內進行排布，兩種裝置分別擁有獨立的基礎結構 ;集成式是將海上風電機組與波浪能發(fā)電裝置匯集，進行裝備一體化設計，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?？偟膩碚f，集成式聯合發(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)電場的發(fā)電效率和海域的能源利用率。且隨著能源開發(fā)向深遠海推進，漂浮式裝備比固定式裝備更具有發(fā)展前景。因此，本文主要重點討論漂浮集成式聯合發(fā)電裝備的有關研究。

　　針對漂浮集成式聯合發(fā)電裝置，國內外研究機構、高校、學者提出了多種風機與波浪能發(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。

　　從國外來看，2008年，丹麥Floating Power Plant公司設計了Poseidon 37風浪聯合發(fā)電裝備且通過了樣機實況測試;2014年完成了商用平臺P80開發(fā)，2019年開始安裝測試P80樣機，包括1座 半潛 式平臺、1臺5～8MW風機、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方向能量，提高運維船登靠時的安全系數;2022年還與TechnipFMC合作研發(fā)了FPP Power-2-X浮式風浪制氫解決方案。

FPP Power-2-X浮式風浪制氫解決方案/FLOATING POWER PLANT VIA KIRT X THOMSEN

　　2019年，英國Marine Power Systems公司推出DualSub浮式風浪聯合發(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、浮式風機WindSub及集成方案DualSub等3種技術方案可根據海洋資源情況單獨部署，也可組合部署。據測算，該技術在大規(guī)模部署時更具成本競爭力。

　　2021年，法國TechnipFMC公司與澳大利亞Bombora公司合作開發(fā)了InSPIRE浮式風浪聯合發(fā)電裝備，示范項目容量合計6MW，未來在商業(yè)化應用時將擴展至12～18MW。

　　從國內來看，2023年，廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責任公司發(fā)布“漂浮式海上風浪融合發(fā)電關鍵技術研究招標公告”，擬開展兆瓦級高效高可靠漂浮式風機+波浪能一體化發(fā)電平臺關鍵技術研究，一體化發(fā)電平臺總功率≥10MW(波浪能裝機功率≤0.5MW)。

　　綜上，隨著浮式技術的進步，陣列化布置的兆瓦級漂浮式風浪聯合發(fā)電裝備有望成為推進風浪聯合發(fā)電發(fā)展的主流型式。

　　未來如何發(fā)展風浪聯合發(fā)電

　　加強頂層規(guī)劃設計。錨定推進海洋能規(guī)模化開發(fā)與海洋新能源裝備產業(yè)化發(fā)展這兩大目標任務，堅持系統思維，統籌開發(fā)安全和綠色發(fā)展，進一步加大政策供給，構建風浪聯合發(fā)電裝備培育結構，為海洋新能源裝備高質量發(fā)展提供支撐保障。加強規(guī)劃引領，組織開展風浪聯合發(fā)電裝備規(guī)劃研究，統籌謀劃裝備中長期發(fā)展布局，加強裝備規(guī)劃與能源規(guī)劃、海洋空間規(guī)劃、生態(tài)環(huán)保規(guī)劃等的銜接，開展裝備體系設計，確保重點規(guī)劃項目方案合理性。

　　大力推進科技創(chuàng)新。一是加強風浪聯合發(fā)電方向技術研發(fā)投入。加強對有關技術研發(fā)的規(guī)劃布局，統籌科研力量和資源，加大對風浪聯合發(fā)電關鍵共性技術研發(fā)平臺的支持，重點推進一體化平臺、集成發(fā)電系統等集成發(fā)電技術，浮式基礎與風機、波浪能裝置的結構耦合、水動力性能等平臺關鍵技術。二是推動落實示范工程。實施浮式風浪聯合發(fā)電裝備示范工程，打通裝備研發(fā)、設計、建造、試驗、安裝、運維等海上風能、波浪能綜合利用的全過程，并對關鍵零部件、核心材料提出國產化替代要求，通過工程示范提升先進技術應用水平和國產化設備的可靠性、經濟性和先進性，加快形成海洋能規(guī)?；_發(fā)能力。

　　完善產業(yè)鏈供應鏈建設。一是共享基礎設施建設。針對浮式風電和波浪能裝置可以共享的浮式基礎、系泊、電纜等，進行系統分析和研究，在綜合安全性與經濟性的基礎上統籌規(guī)劃建設浮式風浪聯合發(fā)電裝備共享基礎設施。二是共享供應鏈及服務建設。科學設計浮式風浪聯合發(fā)電裝備的建造和安裝過程、合理布局運維保障，有效提升服務效能、降低成本，為深遠海風能、波浪能的商業(yè)化開發(fā)奠定基礎。

　　來源：中國船檢