風起電涌——美國“試水”海上風力發(fā)電

　　在專家看來，發(fā)展海上風電面臨的環(huán)境和技術(shù)挑戰(zhàn)是完全可以克服的。

　　位于美國緬因州的卡斯汀鎮(zhèn)仿佛是一處被時光遺忘的地方。17世紀早期，開始有人到此定居。如今，街道上排列著擁有幾百年歷史的建筑物。船兒在小小的港灣里搖動，由粗糙石板建成的白色燈塔則在一座高高的山丘上“站崗放哨”。

　　不過，就在離岸邊500米遠的海上，未來的氣息透過灰色的薄霧若隱若現(xiàn)。一臺淡黃色的風力渦輪機在波浪中搖晃，薄薄的葉片緩慢地旋轉(zhuǎn)著。這個20米高的家伙建于去年6月，是一種試驗性漂浮設(shè)計，規(guī)模只有實際大小的1/8。它最多可提供20千瓦電力，基本夠6個美國家庭用電。不過，因為是美國近海唯一的海上風力發(fā)電場，這個被稱為VolturnUS的建筑物正引發(fā)廣泛關(guān)注。

　　過去幾十年間，其他國家如比利時、英國、丹麥和德國在其海岸線周圍建造了大規(guī)模的渦輪機發(fā)電場。然而，由于環(huán)境顧慮、官僚制度和政治反對，美國開發(fā)海上風電的努力一直沒有結(jié)果。不過，一切或許將很快得以改觀。生態(tài)研究顯示，經(jīng)過周密計劃建立的風電場不會明顯傷害到鳥類或海洋哺乳動物。商業(yè)人士和政客對開發(fā)和投資海上風電的興趣也日益增加。

　　今年5月，美國能源部撥款給新澤西州、俄勒岡州和弗吉尼亞州的3個示范項目。一些州政府也正在為其建造海上風電場的雄心開辟道路，開發(fā)商則表示他們最快可于明年開始在海洋中安置渦輪機。

　　從理論上講，這種潛力是巨大的。包括難以達到的深水地區(qū)，美國近海預計可產(chǎn)生4萬億瓦電力，足夠提供4倍于該國現(xiàn)有用電需求的電量。不過，在該領(lǐng)域獲得快速發(fā)展前，支持者不得不證明海上風電在經(jīng)濟意義上可以同其他能量來源競爭，而且必須清除各州和聯(lián)邦政府在管制海上風電項目時設(shè)置的各種錯綜復雜的規(guī)定。

　　“我不認為我們在該領(lǐng)域已毫無顧慮�！泵绹鴩�家可再生能源實驗室長期關(guān)注海上風電的研究人員Walt Musial表示，我們需要證明其在實踐中是可行的。

　　海上試驗

　　沒有一個項目在開發(fā)海上風電時面臨的挑戰(zhàn)能超過波士頓能源管理公司建立的鱈魚岬海上風電場。此項目距離卡斯汀西南處350公里，旨在充分利用馬薩諸塞州科德角附近南塔基灣強勁的風力和相對平靜的水域。

　　鱈魚岬海上風電場計劃包括130臺渦輪機，每臺約有80米高，共占地65平方公里。該能源管理公司表示，風力發(fā)電場建成后，將擁有468兆瓦發(fā)電量，可為科德角以及附近的瑪莎葡萄園島和南塔基島提供75%的電力。

　　然而，十幾年來，該項目一直面臨著強烈反對。包括非營利性組織等一些機構(gòu)認為該項目將傷害鳥類和其他野生動物，增加消費者負擔的電力價格，并威脅到進入私人空域的飛機。而幾乎所有的司法判決一直都站在鱈魚岬海上風電場這邊，其發(fā)言人Mark Rodgers表示，即便需要應(yīng)對的上訴即將到來，該項目還是打算在2015年開建。

　　鱈魚岬海上風電場是美國第一個完成主要環(huán)境評估的海上風電項目。它對海洋哺乳動物的影響或許更難以預測。研究人員和環(huán)保人士尤其擔憂在海上風力發(fā)電場的建設(shè)階段，當巨大的鋼梁敲進海床會產(chǎn)生相當于一場小型爆炸的聲音，足以擾亂一些海洋哺乳動物的行為。

　　為避免出現(xiàn)諸如損害海洋哺乳動物聽力等嚴重問題，鱈魚岬海上風電場被要求至少配備一名觀察員監(jiān)視每臺渦輪機的安裝。該風電場施工和環(huán)境項目經(jīng)理Rachel Pachter表示，如果海洋哺乳動物在距安裝地點750米內(nèi)，公司將延緩打樁。

　　一旦完工，海上風力發(fā)電場甚至可以為海洋哺乳動物帶來好處。研究人員發(fā)現(xiàn)眾多海上渦輪機可以變成人工魚礁，而今年發(fā)表的一項研究利用追蹤數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在德國和英國，海豹會尋找正在運營的風電場渦輪機。主導該研究的英國圣安德魯斯大學海洋生物學家Deborah Russell介紹說，這些海豹可能喜歡風電場所提供的遠離船只的保護。

　　除了對野生動物的擔憂，美國海上風力發(fā)電場的支持者還不得不解決颶風問題。盡管馬薩諸塞大學風能中心主任、機械工程師James Manwell表示，諸如石油平臺等海上建筑物的經(jīng)歷為渦輪機的安裝提供了信心。不過，加固渦輪機需要額外的鋼鐵卻增加了花費。公司不得不決定如何平衡為應(yīng)對罕見颶風而加固風電場所帶來的開支和好處。

　　漂浮式渦輪機

　　對于開發(fā)商來說，其面臨的一個大問題是在美國沿海建設(shè)風電場是否具有經(jīng)濟意義。任何與迎合環(huán)境條例或應(yīng)對嚴重風暴相關(guān)的額外努力，都將會增加建設(shè)成本，而海上風電場正處于同豐富的廉價天然氣競爭的階段。

　　為此，開發(fā)商正在實驗不同的設(shè)計，希望能降低支出。由單根巨型管子插入海床構(gòu)建的單樁結(jié)構(gòu)通常是最便宜的，而且很好地經(jīng)受過考驗。不過，一些開發(fā)商正嘗試構(gòu)建將三根樁子繞在中心柱附近的多樁結(jié)構(gòu)，這與海上石油和天然氣平臺使用的結(jié)構(gòu)相似。隨著渦輪機變大，這些多樁設(shè)計可能更加穩(wěn)固，并且比單樁更廉價。

　　另一種解決方案是讓渦輪機漂浮起來，就像研究人員在卡斯汀所做的試驗性設(shè)計一樣。來自緬因大學的工程師Habib Dagher和同事將中空混凝土管子固定在渦輪機底部。通過3根鋼絲繩將其連接到海床中的錨上，渦輪機在波浪中非常穩(wěn)固。這樣的設(shè)計可在更深的海域中操作，而利用單樁直接插入海床是不切實際的。Dagher介紹說，這樣建造還相對便宜，因為相關(guān)部件可以在岸上生產(chǎn)，然后將其運到目的地。

　　不過，他和同事不得不證明實際尺寸大小的漂浮式結(jié)構(gòu)可以在大風暴中直立并且穩(wěn)固。對示范渦輪機安裝后測量的數(shù)據(jù)顯示，這種設(shè)計表現(xiàn)不錯。Dagher表示，即使在80公里/小時的大風中，渦輪機也只傾斜了5.9度。這表明實際尺寸大小的設(shè)備能在500年一遇的強勁風力中保持穩(wěn)固。

　　在Musial看來，10年前漂浮式渦輪機并沒有受到重視，但如今它們正成為嚴肅的競爭者。在葡萄牙岸邊安裝的一臺2兆瓦試驗性漂浮式渦輪機從2012年起成功運轉(zhuǎn)至今，日本也擁有兩臺已和電網(wǎng)連接的漂浮式渦輪機。同時，美國能源部門表達了對該設(shè)計的興趣：今年能源部資助的3個示范項目之一將在俄勒岡州庫斯貝海上350米深處配置5臺6兆瓦漂浮式渦輪機。

　　政治問題

　　在專家看來，發(fā)展海上風電面臨的環(huán)境和技術(shù)挑戰(zhàn)是完全可以克服的。特拉華大學研究海上風電政策的專家Willett Kempton認為，目前最大的障礙是各種紛繁復雜的政策規(guī)則。它們將減緩項目進度，并且為開發(fā)商和投資者提供了并不充分的確定性。

　　其他項目也因政治、政策和成本方面的擔心而深受其害。例如，在緬因州，由挪威能源公司Statoil參與的一項建造價值1.2億美元風電場的交易，因在該州州長選舉時承諾向其他開發(fā)商重開投標過程而土崩瓦解。

　　Kempton極力稱贊歐洲國家為推動海上風電發(fā)展所提供的能源政策和財政激勵。例如，丹麥設(shè)立了到2020年一半用電通過風力發(fā)電獲得的目標。為實現(xiàn)這個目標，需要將電網(wǎng)連接到海上風力發(fā)電場，并為來自這些設(shè)備的電力設(shè)置合理價格。

　　相較于美國聯(lián)邦政府提供的短期稅收抵免政策，這種長期的支持對于風電行業(yè)更具吸引力，因為前者的消失與否在很大程度上依賴于選舉周期中國會的一時心血來潮。

　　美國一些州正開始為相關(guān)項目提供更好的支持以鼓勵投資者和開發(fā)商。例如，馬里蘭州為開發(fā)商提供補貼的做法極大鼓舞了早先在馬里蘭州海岸建造一個大型風電場的努力。

　　不過，就目前而言，使渦輪機成功下水的最大機會在于美國北部地區(qū)。

　　今年9月，開發(fā)商Deepwater Wind獲得了明年年中作為示范項目一部分在羅得島州海岸安裝渦輪機所需的聯(lián)邦政府的最終批準。波士頓能源管理公司則希望盡快建設(shè)更大的鱈魚岬海上風電場。

　　為實現(xiàn)該目標，位于馬薩諸塞州的新貝德福德港口正趕著完成最后的準備，以保證其有能力操作1400噸起重機，將渦輪機搬運到船上，然后運到鱈魚岬海上風電場。同時，大型挖掘機每天24小時不間斷作業(yè)以加深港口。

　　馬薩諸塞州清潔能源中心海上風電項目主任Bill White正管理著新貝德福德項目。在他看來，接下來的幾個月里“我們將知道鱈魚岬海上風電場是否能變成現(xiàn)實”。