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(xiàn)階段單獨(dú)的深遠(yuǎn)海風(fēng)能與波浪能在經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、供應(yīng)鏈等方面存在諸多挑戰(zhàn)，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(jī)與波浪能裝置進(jìn)行科學(xué)集成組成集成系統(tǒng)為解決上述問題提供了新思路。早在20世紀(jì)90年代國外就有學(xué)者提出類似想法，但真正付諸實(shí)踐是在2000年之后，并且隨著近些年海洋能源開發(fā)向深遠(yuǎn)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)來說，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(yuǎn)海的地方資源更為富集，兩者的結(jié)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(bǔ)，海上風(fēng)能波動性較強(qiáng)，吸收能量不夠穩(wěn)定，而波浪能比較穩(wěn)定，當(dāng)海上風(fēng)能較小時，波浪能開發(fā)裝置可提高電力供應(yīng)穩(wěn)定性。研究顯示，在風(fēng)速相對較低時，波浪能的發(fā)電量可以達(dá)到總功率的近四分之一左右，波浪能可作為風(fēng)機(jī)低額工作時一個很好的補(bǔ)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(tǒng)的穩(wěn)定性。
從技術(shù)發(fā)展來說，一方面，漂浮式風(fēng)機(jī)開發(fā)受阻，海上風(fēng)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(shù)發(fā)展路徑。但是，從當(dāng)前發(fā)展情況來看，漂浮式風(fēng)機(jī)發(fā)展未及預(yù)期，復(fù)雜環(huán)境荷載給浮式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)和系泊系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性帶來考驗(yàn)，應(yīng)用場景不明確、產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)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(jī)在陸上已實(shí)現(xiàn)多輪技術(shù)迭代與供應(yīng)鏈建設(shè)等有利條件不同，海洋能開發(fā)裝置一直存在供應(yīng)鏈成本居高不下、可靠性相對較差等問題。漂浮式風(fēng)機(jī)與海洋能開發(fā)裝置聯(lián)合開發(fā)，以相對成熟的浮式風(fēng)機(jī)技術(shù)帶動海洋能開發(fā)技術(shù)迭代，以海洋能規(guī)?；_發(fā)為目標(biāo)進(jìn)一步驅(qū)動浮式風(fēng)機(jī)應(yīng)用，為解決上述問題提供了新思路。
從產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈來說，一方面，兩者可共享基礎(chǔ)設(shè)施，風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電中風(fēng)機(jī)與波浪能裝置共用一套電力傳輸系統(tǒng)與并網(wǎng)設(shè)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(yùn)輸成本與裝備建造成本;另一方面，兩者可共享供應(yīng)鏈，兩者同場布置，在發(fā)電場建設(shè)與后期運(yùn)維保障過程中可以共用有關(guān)工程船舶與專業(yè)人員，降低工程建設(shè)與維保費(fèi)用。有研究顯示，通過浮式風(fēng)電和波浪能項(xiàng)目之間的共享基礎(chǔ)設(shè)施、服務(wù)和供應(yīng)鏈可以將風(fēng)電的平準(zhǔn)化度電成本(LCOE)降低多達(dá)7%，將波浪能的平準(zhǔn)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(xiàn)有的海上風(fēng)電機(jī)組與波浪能發(fā)電裝置在場區(qū)內(nèi)進(jìn)行排布，兩種裝置分別擁有獨(dú)立的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) ;集成式是將海上風(fēng)電機(jī)組與波浪能發(fā)電裝置匯集，進(jìn)行裝備一體化設(shè)計，從而構(gòu)建為固定的發(fā)電單元，根據(jù)基座型式的不同分為漂浮式和固定式?？偟膩碚f，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(yuǎn)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(nèi)外研究機(jī)構(gòu)、高校、學(xué)者提出了多種風(fēng)機(jī)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(yīng)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(shè)計了Poseidon 37風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電裝備且通過了樣機(jī)實(shí)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(jī)，包括1座 半潛 式平臺、1臺5～8MW風(fēng)機(jī)、1臺2～3.6MW波浪能裝置，據(jù)測算，該裝備波浪能利用率可以高達(dá)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(yùn)維船登靠時的安全系數(shù);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(jī)，預(yù)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(jī)WindSub及集成方案DualSub等3種技術(shù)方案可根據(jù)海洋資源情況單獨(dú)部署，也可組合部署。據(jù)測算，該技術(shù)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(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電裝備，示范項(xiàng)目容量合計6MW，未來在商業(yè)化應(yīng)用時將擴(kuò)展至12～18MW。
從國內(nèi)來看，2023年，廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責(zé)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(biāo)公告”，擬開展兆瓦級高效高可靠漂浮式風(fēng)機(jī)+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(jī)功率≤0.5MW)。
綜上，隨著浮式技術(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。
未來如何發(fā)展風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電
加強(qiáng)頂層規(guī)劃設(shè)計。錨定推進(jìn)海洋能規(guī)?；_發(fā)與海洋新能源裝備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展這兩大目標(biāo)任務(wù)，堅持系統(tǒng)思維，統(tǒng)籌開發(fā)安全和綠色發(fā)展，進(jìn)一步加大政策供給，構(gòu)建風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電裝備培育結(jié)構(gòu)，為海洋新能源裝備高質(zhì)量發(fā)展提供支撐保障。加強(qiáng)規(guī)劃引領(lǐng)，組織開展風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電裝備規(guī)劃研究，統(tǒng)籌謀劃裝備中長期發(fā)展布局，加強(qiáng)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(shè)計，確保重點(diǎn)規(guī)劃項(xiàng)目方案合理性。
大力推進(jìn)科技創(chuàng)新。一是加強(qiáng)風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電方向技術(shù)研發(fā)投入。加強(qiáng)對有關(guān)技術(shù)研發(fā)的規(guī)劃布局，統(tǒng)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(tǒng)等集成發(fā)電技術(shù)，浮式基礎(chǔ)與風(fēng)機(jī)、波浪能裝置的結(jié)構(gòu)耦合、水動力性能等平臺關(guān)鍵技術(shù)。二是推動落實(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(shè)計、建造、試驗(yàn)、安裝、運(yùn)維等海上風(fēng)能、波浪能綜合利用的全過程，并對關(guān)鍵零部件、核心材料提出國產(chǎn)化替代要求，通過工程示范提升先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用水平和國產(chǎn)化設(shè)備的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性，加快形成海洋能規(guī)?；_發(fā)能力。
完善產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈建設(shè)。一是共享基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。針對浮式風(fēng)電和波浪能裝置可以共享的浮式基礎(chǔ)、系泊、電纜等，進(jìn)行系統(tǒng)分析和研究，在綜合安全性與經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上統(tǒng)籌規(guī)劃建設(shè)浮式風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電裝備共享基礎(chǔ)設(shè)施。二是共享供應(yīng)鏈及服務(wù)建設(shè)?？茖W(xué)設(shè)計浮式風(fēng)浪聯(lián)合發(fā)電裝備的建造和安裝過程、合理布局運(yùn)維保障，有效提升服務(wù)效能、降低成本，為深遠(yuǎn)海風(fēng)能、波浪能的商業(yè)化開發(fā)奠定基礎(chǔ)。
來源：中國船檢
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