1兆瓦浮动垂直轴风力涡轮机将在挪威沿海部署

近期，瑞典公司SeaTwirl称它的浮动垂直轴风力涡轮机可以大大降低深海风能的成本，它已经跟Westcon签署了一项协议以在挪威建造和部署一个商业规模的1兆瓦涡轮机。

深海风能是实现脱碳的一个巨大的可再生能源机会，但就目前的情况来看，它是相当得昂贵，以至于要把它做成一个生意是一件很难的事情。

问题的一部分在于技术本身。根据该领域的创新者的说法，现在的风扇式海上风力涡轮机是围绕着岸上的设计和陆上的思维而建造，而这些设计和思维在深海中根本就不可能具有成本效益。这里有一个巨大的机会，其可以用根本不同的设计来颠覆一个看起来相当病态的行业、从海上风电场提供巨大的廉价能源并通过这种方式为清洁能源革命做出巨大贡献。

瑞典公司SeaTwirl已经存在了一段时间。该公司于2012年基于2007年首次制作原型和测试的想法正式成立，自2015年起在瑞典Lysekil海岸安装了一个30千瓦的小型浮动涡轮机技术测试版本--S1。它可以升到水线13米上、降到水线18米下，已经连接到电网并发电七年之久，另外还已经证明其有能力承受飓风级别的风和浪。

SeaTwirl将其设计描述为简单而坚固。它是一个垂直轴风力涡轮机(VAWT)--一个旋转的圆柱体而非今天传统使用的类似风车的水平轴风力涡轮机(HAWTs)。由于一些原因，垂直轴风力涡轮机是一种很有前景的海上漂浮风力技术。

首先，它们可以接受并利用来自各个方向的风，所以它们不需要像HAWTs那样需要沉重、昂贵的系统来将它们指向微风中。其次，它们可以在水线或水线以下运行其发电机。HAWTs需要将这些沉重的设备安装在其支撑塔的顶部，即主轴所在的地方，这就形成了头重脚轻的设计，而这意味着需要极强的塔架强度和水面以下的巨大配重来保持其直立性。更多的强度等同于更多的材料及更多的成本。

第三，它们可以比HAWTs部署得更近，这是因为它们在下风处产生最小的尾流效应。HAWTs需要间隔更远并减少了特定项目区域的收益。

SeaTwirl的设计是将三个预警器叶片刚性地安装在一个长的、具有低重心的浮力杆上，底部则有一个作为龙骨的重物。它坐落在一个静态的发电机环中，该环被固定在海底。整个杆子会在叶片的带动下旋转，发电机负责收集能量并通过电缆将其送回岸上。

由于主塔本身具有浮力并通过龙骨或多或少地保持直立，所以发电机的轴承不必承担整个结构的重量。这也意味着,它们可以更小、更轻、更便宜。就像其他的VAWT设计一样，维护应该比HAWT更容易和更便宜，因为需要工作的部分位于海平面附近而不是在巨大的塔顶上。因此，这些设备可以在不需要昂贵的起重船的情况下完成维护。

现在，SeaTwirl正在准备建造其第一个1兆瓦的版本，作为其第一个商业产品的试点。该公司已经跟近海、能源和海事供应商Westcon签署了一份意向书以此在挪威的Bokn附近建造和部署其第一个S2x型号的涡轮机。预计它将在2023年的某个时候投入使用，测试期为5年左右。

S2x要大得多--SeaTwirl将其描述为S1的约30倍。它将达到离水面约55米的高度，其中心杆将能下降到80米的深度。因此，它需要在深水中运行。SeaTwirl建议，如果不想把它撞到海床上那么至少要100米。如果风速超过25米/秒，它就会切断电源，但它的设计可以承受高达50米/秒的极端风速，这相当于二类飓风的上限。该公司称，它的使用寿命应该在25-30年左右。

那么这些东西的资金方面是怎样的？SeaTwirl在过去曾说过，1MW的涡轮机将立即具有竞争力。

至少在几年前的一份以投资者为中心的演示文稿中写道，“经过第三方验证的分析，表明S2 VAWT将能以低于50欧元/MWh的成熟低能耗生产能源。”

这的确是一个巨大的飞跃，使得海上浮动风电的成本更接近于陆上风电。当然，这些数字在不确定的2020年代末的经济中是否站得住脚还有待观察。

风能领域的每个人都把规模作为进一步降低成本的方法，SeaTwirl指出，除了S2x之外，它正在研究6-10兆瓦的后续设备，也许到2025年。该公司认为，这些东西的规模将达到30兆瓦--几乎是今天最大的高压水枪容量的两倍。

在这方面需要一些说服力--不是说它可以做到，而是说在经济层面上可以做到。1兆瓦的S2x浮筒已经需要一个135米长的轴--一端有很重的重量。建造它、把它放入水中，拖到它的位置并部署，这已经是一个地狱般的物流命题了。SeaTwirl称它还没有准备好谈论其安装方法，只是表示不打算使用深水港。但这绝对将是成本的一个关键部分。扩大到10倍或30倍的容量，目前还不清楚这些东西会变得多大、多重或设备和物流成本会膨胀到什么程度。

跟World Wide Wind的建议相比，这是一个更简单、更不雄心勃勃的方法，即部署双堆叠、逆向旋转的VAWT以获得双倍的功率。但SeaTwirl在执行上领先数年，它似乎有信心能够提供一个相当相似的LCoE，并且如果一切按计划进行，那么它将在明年的某个时候在水中证明自己具有适当的、与商业相关的规模。

深海风能的高价格加上材料和模拟的进步可能会提供一个条件，从而使VAWT最终在清洁能源领域找到自己的位置。但这肯定会是一个挑战，在深海中开发任何东西都比在陆地上开发要困难得多，所有的磨合问题和艰难的教训都将使SeaTwirl的成本更高。但这台机器将有机会证明它的价值。