海洋新能源的開發(fā)浪潮

新能源開發(fā)

海洋新能源的開發(fā)浪潮

對海洋能源領域多家公司近期聯(lián)合推進的多個潮汐能發(fā)電項目進行了報道，重點介紹了英國蘇格蘭和威爾士地區(qū)的潮汐-洋流發(fā)電項目中的公司合作、岸上設施建設、設備安裝與測試等。此外，還介紹了加拿大、法國和澳大利亞等國在海洋可再生能源開發(fā)中取得的重大進展，并指出潮汐能開發(fā)可降低對不可預測和不可再生能源的依賴性，有助于實現(xiàn)能源安全目標。

海洋能源；潮汐能；英國；加拿大；法國；澳大利亞

1 英國的潮汐能發(fā)電項目

1.1 擴大后的項目投資組合

2015年，原本被看好的潮汐能發(fā)電公司(Aquamarine能源)的倒閉，使許多人對于迅速發(fā)展的海洋能源行業(yè)產(chǎn)生了質(zhì)疑。然而，行業(yè)中的其他公司仍然在加快步伐展現(xiàn)各自的實力，以表明該行業(yè)的前景并非像某些人預測的那樣黯淡。例如，2015年12月下旬，蘇格蘭電力可再生能源公司(SPR)和亞特蘭蒂斯資源公司(AR)宣布簽訂了合作協(xié)議，將在2022年以前在蘇格蘭投入640MW裝機用于潮汐能發(fā)電。該項目成為英國目前最大的潮汐-洋流發(fā)電投資。

根據(jù)協(xié)議，AR在蘇格蘭項目中的開發(fā)代表蘇格蘭潮汐發(fā)電有限公司(TPSL)將收購SPR的潮汐能發(fā)電項目投資組合。作為交換，SPR 將在TPSL中持股6%，并在TPSL董事會中擁有1個股東代表席位，以確保擴大后的投資組合能夠受益于SPR在可再生能源開發(fā)和運營方面的經(jīng)驗，同時展現(xiàn)英國在潮汐能發(fā)電領域做出的努力。

SPR的潮汐發(fā)電項目組合由2座潮汐能電站組成：①位于蘇格蘭西部的艾拉海峽(Sound of Islay)項目，裝機10 MW；②位于蘇格蘭東北角鄧肯斯比海岬(Ness of Duncansby)項目，裝機100 MW。這2座電站靠近旗艦項目——裝機398MW 的梅根(MeyGen)電站。

SPR項目資產(chǎn)還包括從英國皇家財產(chǎn)局(The Crown Estate)租賃的上述2座潮汐能電站的建設用地。此外，位于艾拉海峽的電站還獲得了蘇格蘭政府頒發(fā)的并網(wǎng)和建設許可。艾拉海峽項目已經(jīng)從歐盟委員會NER300項目基金獲得了2 070萬歐元的資助，資助形式包括資金和稅收。在取得建設許可、并網(wǎng)許可和基金資助后，該項目成為英國自梅根項目以來進度最快的潮汐能商業(yè)化項目，并在2016年完成了所有融資工作。

2015年初，AR從西門子股份公司(Siemens AG)收購了洋流渦輪機公司(MCT)的全部股份，此后，又獲得了另外2座潮汐能電站的建設用地租賃協(xié)議：①位于蘇格蘭西南加洛韋的馬爾島(Mull of Galloway)項目；②位于彭特蘭海峽(Pentland Firth)的布拉夫(Brough)海岬項目，地處梅根項目和鄧肯斯比海岬項目以北。該公司正在將上述2個總裝機超過130 MW的項目加入到TPSL的項目組合中。

借助TPSL，AR成為了迅速發(fā)展中的英國潮汐能發(fā)電行業(yè)的主要推動力量之一。英國走在潮汐能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前列，而TPSL擁有該國最大的潮汐-洋流發(fā)電項目組合。在擴大后的投資組合中，擴大項目開發(fā)規(guī)模有利于從整體上增強蘇格蘭乃至英國供電產(chǎn)業(yè)鏈，吸引更多對內(nèi)投資并使傳統(tǒng)近海能源開發(fā)更加多樣化。

AR首席執(zhí)行官 T.科尼利厄斯認為，英國在潮汐能產(chǎn)業(yè)中的地位就如同硅谷在高新產(chǎn)業(yè)中的地位。得益于英國能源與氣候變化部和蘇格蘭政府的堅定支持，英國在潮汐發(fā)電領域處于世界領先的地位。在2015年期間，該公司做出了重要變革，通過從西門子公司收購MCT以及與SPR的交易，其在英國的項目投資組合的潛在裝機提高了近80%。AR的目標是通過開發(fā)現(xiàn)有組合中的項目，到2022年使英國潮汐能電站裝機達到640 MW以上。在實現(xiàn)該目標的過程中，該公司希望能夠依托英國世界級的制造水平，建立起一個以英國為基地的潮汐能電力供應鏈。

1.2 梅根項目

梅根項目推動了蘇格蘭潮汐發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如今，AR已經(jīng)成為了該領域世界領先的開發(fā)商。SPR首席執(zhí)行官K.安德森表示，與AR的協(xié)議將為行業(yè)發(fā)展帶來動力，并非常期待與該公司合作，為TPSL董事會帶來更多利潤。由于SPR在設計工作和申請艾拉海峽項目建設許可的過程中所作出的努力，該項目即將進入施工階段，從而為潮汐發(fā)電行業(yè)的發(fā)展書寫振奮人心的新篇章。

2016年1月，梅根項目承包商開始在項目所在地修建一條長340 m進場道路。這標志著所有岸上建設工程的啟動，也將為近海398 MW潮汐發(fā)電機組的施工奠定基礎。能源與自動化技術集團ABB是梅根項目所有岸上施工的主要承包商。ABB指定了凱斯內(nèi)斯(Caithness)當?shù)氐募易迤髽I(yè)約翰甘恩父子有限公司(John Gunn & Sons Ltd)承擔進場道路的施工。

工地福利設施安裝將與進場道路施工同時進行，以便水平定向鉆能夠在灘頭開始鋪設道路，并為變電站建筑物準備用地。預計，進場道路施工需要3個月的時間，而所有的岸上施工預計將在未來12個月內(nèi)完成。

ABB在當?shù)氐碾娏Ψ止颈硎緲酚跒檫@一突破性的潮汐能項目提供電網(wǎng)接入服務。他們認為，梅根項目集合了ABB公司在歐洲的所有變電和并網(wǎng)領域的人才和技術能力，并且可協(xié)同利用該公司在其他可再生能源領域，如風能和太陽能中所積累的技術和知識。

全面竣工后， 總裝機398 MW的梅根項目將成為全球最大的已規(guī)劃潮汐能開發(fā)項目。 位于彭特蘭海峽的梅根機組將由269臺水下潮汐水輪機組成， 足夠為蘇格蘭17.5萬戶的家庭提供電力。 在項目的1A階段， 在凱斯內(nèi)斯以北的彭特蘭內(nèi)海峽安裝了4臺裝機6MW的水輪發(fā)電機組， 于2016年開始供電。

2 發(fā)電機組安裝

2.1 定制潮汐水輪機

2015年1月，開放水力公司(OpenHydro)宣布在潘波-布雷阿(Paimpol-Bréhat)潮汐能電站安裝了2臺為該電站定制的潮汐水輪機。該電站屬于法國電力集團(EDF)，其水輪機的成功安裝進一步表明潮汐能發(fā)電行業(yè)正在不斷發(fā)展。

OpenHydro公司的首席執(zhí)行官J.艾維斯宣布，在成功通過一系列機械與電氣性能評估測試之后，2臺直徑為16m的水輪機于2016年1月20日被駁船拖運至近海區(qū)域。在2016年夏天之前，2臺水輪發(fā)電機組已接入電網(wǎng)，成為世界上首批并網(wǎng)發(fā)電的機組之一。艾維表示，潘波-布雷阿項目的開發(fā)是實現(xiàn)潮汐能發(fā)電商業(yè)化的關鍵一步，它將使EDF和OpenHydro獲得寶貴的經(jīng)驗，并為位于布蘭查德海峽(Raz Blanchard) 的諾曼底項目在2018年前安裝7臺潮汐水輪機做好準備。

潘波-布雷阿項目是一座示范性潮汐能發(fā)電場，位于法國潘波鎮(zhèn)附近的布雷阿島海域，距該島海岸16 km，水下深度35 m。2014年，該項目由EDF提出，并于2008年正式啟動。2015年9月，自然電力公司(Natural Power)及其姐妹公司SeaRoc與EDF簽訂合同，在該項目的后續(xù)開發(fā)中承擔健康安全環(huán)境(HSE)及海上運行監(jiān)理工作。SeaSoc從2011年開始就與EDF在該項目中合作，在海洋和HSE問題方面提供建議，同時也一直是海上運行離岸客戶的代表。新成立的自然電力與SeaSoc的組合能夠為EDF提供一個當?shù)氐膶＜覉F隊并代表客戶實施海上運行工作。這些專家主要從事潮汐能和水輪機安裝方面的研究及實踐，且能用法語交流，從而保障項目能夠遵守健康與安全的相關規(guī)定。

2.2 BioWave潮汐發(fā)電機組

此外，2015年12月，海洋能源公司生物能源系統(tǒng)(BPS)在澳大利亞維多利亞州菲利(Fairy)港附近海岸的近海區(qū)域試點項目完成了250 kW示范機組BioWave的安裝工作。該項目總投資2 100萬澳元，已由BPS開發(fā)3 a，其中1 100萬澳元由澳大利亞可再生能源署(ARENA)提供，500萬澳元由維多利亞州政府資助。

BPS首席執(zhí)行官T.芬尼甘博士介紹，該項目所在地通常涌浪強烈，但在水輪機安裝過程中涌浪有所減輕，使得安裝工作能夠順利成功完成。BioWave在南半球海洋中的安裝標志著潮汐能密集開發(fā)進入高潮期，同時也標志著BioWave進入測試和示范運行階段?，F(xiàn)在BPS的工作重點將會放在電站試運行上，并計劃在短期內(nèi)實現(xiàn)向電網(wǎng)輸送電力。

BioWave的安裝工作由一艘吊裝船完成。吊裝船將該機組運到預定地點后，由起重機將其吊起，再逐漸下降到海下。在整個過程中，潛水員在水下進行監(jiān)測以確保設備安裝到位。

ARENA代理首席執(zhí)行官I.凱伊認為，BioWave的成功安裝是澳大利亞新興的波浪發(fā)電產(chǎn)業(yè)取得的一項重大成就，代表著ARENA支持下的可再生能源開發(fā)的新突破。BPS在過去5 a多的時間里攻克了一系列物流和技術上的難題，針對BioWave開展了大量的研究、設計和測試工作。開發(fā)一項新技術往往需要投入大量的時間和資源，因此在這個過程中政府的支持十分關鍵。

將在實際運行中對該裝置進行測試和監(jiān)測，以得到一項獨立的性能評估。根據(jù)ARENA的知識共享議程，整個能源行業(yè)將共享該評估成果。 BioWave是一個高26 m的擺動裝置，隨著涌浪前后振蕩。它的設計靈感來自于水下植物，整個裝置都平整安裝于海床上，因此不受海面上惡劣天氣的影響。當出現(xiàn)較大的波浪或者風暴時，BioWave會自動停止運行，同時支撐的轉(zhuǎn)軸結構會把裝置轉(zhuǎn)至與海床平行的位置以避免受損。這一設計提高了結構的經(jīng)濟性，從而降低了發(fā)電成本。

2.3 WaveSub波浪能轉(zhuǎn)換器

位于英國斯旺西(Swansea)的海洋電力系統(tǒng)(Marine Power System,MPS)公司最近完成了對其開發(fā)的原型泵的測試。原型泵是該公司的WaveSub波浪能轉(zhuǎn)換裝置(WEC)中的一個關鍵子系統(tǒng)。該項目部分資金由歐盟區(qū)域發(fā)展基金通過威爾士政府進行資助。在2015年10月，MPS獲得了200萬英鎊的資金支持。原型泵在恢復測試之前將浸沒于彭布洛克(Pembroke)港中心的一個潮汐潟湖中。該試驗的目的是確定生物附著和腐蝕是否對泵的性能存在影響。此次嚴格試驗由專精于水下海洋可再生能源領域的賽文水下技術公司(Severn Subsea Technologies，SST)完成。為了確保泵的性能，SST對其進行了一系列測試，包括測量其下水前和下水后的流量。原型泵測試步驟中的一個關鍵是研究在海上實際運行中該泵能否保持設計要求的流量率。這對于保障MPS的WaveSub裝置的安全性和可靠性十分重要。該裝置于2016年年內(nèi)完成安裝。

MPS的WaveSub裝置通過利用海洋波浪能能夠?qū)ν廨敵龇€(wěn)定的可再生能源。由MPS研發(fā)的這一技術對于實現(xiàn)歐盟乃至全球的能源安全目標有著巨大的促進作用，從而降低對不可預測和不可再生能源的依賴。

MPS的聯(lián)合創(chuàng)始人和總經(jīng)理G.斯托克曼介紹，WaveSub裝置的安裝步驟已基本完成并取得了成功。原型泵恢復試驗的結果良好，在安裝WaveSub1∶4縮尺模型之前即將開展余下測試工作。

彭布洛克港的運行和商業(yè)部主任N.布里頓認為，正是由于彭布洛克港聚集了工程技術人員、設施優(yōu)良且海洋條件優(yōu)越，該港口成為了海洋可再生能源開發(fā)的理想地點。彭布洛克港是一個樞紐，從設計、測試到生產(chǎn)和實時維護，所有的活動都可以在鄰近的區(qū)域進行，是一個絕佳的中心。在WaveSub的測試中，彭布洛克港歷史悠久的抗擾測試池為MPS在不同水深下測試其組件提供了一個完全不受外部條件干擾且安全的海洋環(huán)境。

3 重大進展

夏普角潮汐公司(Cape Sharp Tidal)是加拿大的埃梅拉(Emera)公司與OpenHydro公司成立的合資公司。在其潮汐能源示范項目下一階段的準備工作中，該公司完成了2項重要任務：安裝駁船的下水啟航及海底電纜的安裝。安裝位置位于加拿大新斯科舍省(Nova Scotia)帕爾斯伯勒鎮(zhèn)(Parrsboro)附近的芬迪海洋能源研究中心(FORCE)的錨泊地。

在其海上運行合作伙伴大西洋拖船公司(Atlantic Towing)的協(xié)助下， 夏普角潮汐公司利用一艘特別舾裝的駁船完成了300 m的電力和光纖電纜的鋪設。項目團隊也已經(jīng)對FORCE之前安裝的現(xiàn)有16 MW水下輸出電纜進行了修復和打撈，并將其連接到夏普角的中轉(zhuǎn)樞紐。整個系統(tǒng)已經(jīng)被放回到海床上，2016年春季安裝水輪機時進行了電纜鋪設。

斯科提亞潮汐(Scotia Tidal)駁船由OpenHydro公司設計、愛康(Aecon)集團股份有限公司制造，并已經(jīng)在皮克圖(Pictou)港附近完成了處女航。該駁船采用獨特的雙體設計，其起重能力在加拿大大西洋海域是最大的。駁船長64 m，寬37 m，排水 650t，起重能力為1 150 t。 制造該駁船的主要目的是進行修復和安裝工作，因此船上裝有3個起重絞盤，用于從海床升起和放下水輪機。2017年春季，將把夏普角潮汐公司的1 000 t水輪機從皮克圖港拖運到FORCE測試地點進行安裝。

OpenHydro首席執(zhí)行官J.艾維表示，新斯科舍省在造船、工業(yè)生產(chǎn)和海上運行方面的專業(yè)令人印象深刻。駁船下水啟航和電纜安裝完成使夏普角潮汐項目的第一示范階段朝著實現(xiàn)成功運行潮汐發(fā)電陣列的目標邁進了一步。

4 發(fā)電機組測試

在測試方面，英國海上可再生能源卡塔帕特公司(ORE Catapult)和AR在2016年1月也聯(lián)合宣布下一代1.5 MW潮汐水輪機AR1500將在英國布萊斯(Blyth)國家可再生能源中心(NREC)進行6周的測試。測試的目的是驗證AR1500的電力總成系統(tǒng)的性能和可靠性，降低AR1500安裝過程中的風險。

ORE Catapult和AR將在總投資130萬歐元的歐洲之星(Eurostars)項目中合作，共同推進AR1500潮汐水輪機的研發(fā)與安裝。該系列發(fā)電機組將被安裝在蘇格蘭海岸外彭特蘭海峽。英國第一個潮汐發(fā)電陣列MeyGen也安裝于此。

該測試是研發(fā)階段中最后一個關鍵步驟，測試成功則表示發(fā)電機組已準備就緒，可用于安裝和發(fā)電，這將為AR、MeyGen和他們的投資者帶來信心。ORE Catapult的3MW電力總成試驗臺將被用于模擬水輪機在運行過程中承受的動態(tài)力。它是AR在NREC測試的第2臺潮汐水輪機。2012年，該公司裝機1MW的潮汐發(fā)電機AR1000在這里成功完成了4周的測試，并獲得了等效于運行4個月的性能數(shù)據(jù)。在首次測試中所獲得的成果對于加快AR1500的研發(fā)十分關鍵。

目前正在進行測試的準備工作，兩家公司正在合作制定出一個盡可能接近水輪機真實運行環(huán)境的測試計劃。另外，ORE Catapult也啟動了支撐水輪發(fā)電機組載荷測試所需的鋼結構的設計工作。

林 謀 譯

(編輯：陳紫薇)

2016-12-28

1006-0081(2017)04-0030-04

P743.3

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