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如果你把一張美國沿海水深的地圖與另一張描繪近海風速的地圖疊加起來，一個挑戰(zhàn)和一個機遇就會立即顯現(xiàn)出來。美國的大部分海上風能潛力，尤其是在西海岸，都是在海水太深的區(qū)域中，不適合迄今為止幾乎所有部署在海上的風力渦輪機所使用的技術。到2020年底，全球海上風力發(fā)電裝機容量已超過350吉瓦，但使用為深水設計的渦輪機的項目只占總數(shù)的不到1%，絕大多數(shù)使用固定在海底的鋼基礎渦輪機。
由于經(jīng)濟成本限制，這些固定底部渦輪機的水深一般在60米以內。如果沒有更多的技術創(chuàng)新來降低在深水中獲取豐富風能資源的成本，美國、日本、韓國和其他有希望的市場的大部分海上風能潛力都將無法開發(fā)。美國國家可再生能源實驗室（NREL）表示，在美國，近60%的海上風力發(fā)電潛力位于水深超過60米的水域。在歐洲，深水占海上風力發(fā)電潛力的80%。
海上風電行業(yè)正在努力尋求的解決方案是部署浮動式風力渦輪機，這種渦輪機可以利用深水區(qū)域的強勁、穩(wěn)定的風。這些渦輪機需要從港口拖到海上項目現(xiàn)場，并用至少三根錨定在海底的系泊纜固定到位。迄今為止，浮動海上風電的部署僅限于歐洲和日本的小型示范項目。即使是這些浮動海上風電項目中最大的，分別為30兆瓦和25兆瓦的蘇格蘭Hywind和葡萄牙WindFloat Atlantic，也與當今最大的固定底海上風電項目相形見絀，固定式海上風電每一個項目都包括幾十個渦輪機和數(shù)百兆瓦的發(fā)電裝機。
NREL海上風電研究負責人Walt Musial表示，更大的浮動項目即將到來。預計到2024年，我們將看到公用事業(yè)規(guī)模的浮動海上風電技術應用，單一項目裝機將達到600-1000兆瓦。
到目前為止，世界各地安裝的浮式海上風力發(fā)電容量不足100兆瓦。但在一些資源潛力最大的市場，政府正在努力使該行業(yè)達到商業(yè)規(guī)模。2020年10月英國首相鮑里斯·約翰遜宣布，到2030年英國海上浮式風力發(fā)電將達到1吉瓦。法國最近對布列塔尼沿海一個250兆瓦的海上浮式風力發(fā)電項目進行招標。加州政府和聯(lián)邦政府官員確定了可以支持4.6吉瓦海上風電項目的區(qū)域，這些項目位于加州中部海岸的莫羅灣和北加州的洪堡縣。美國聯(lián)邦海上能源監(jiān)管機構計劃在2022年年中舉行加州海上風電開發(fā)權拍賣。韓國表示，到2030年將在蔚山工業(yè)城市沿海建設一座6吉瓦的海上浮式風電場。而日本為了從示范項目中畢業(yè)，于2021年6月在第一次規(guī)?；Ｉ细∈斤L電場招標中選出了中標企業(yè)。
研究公司W(wǎng)ood Mackenzie的分析師Robert Liew說，從長遠來看，海上漂浮或許是亞太地區(qū)風力發(fā)電的最大前沿陣地。亞太地區(qū)幾乎所有市場都有海岸線，海上浮式風機可以釋放沿海城市附近的風力資源，即使在低風速地區(qū)也是如此。然而，要實現(xiàn)這一愿景，開發(fā)商必須降低成本。
日本政府的估計，如果投資成本在2030年降至400萬美元/兆瓦，那么浮式海上風電在商業(yè)上可能是可行的，而亞太地區(qū)的固定底座海上風電成本為200-300萬美元/兆瓦，陸上風電成本為150萬美元/兆瓦。預計到2025-2030年日本、韓國和臺灣的海上浮式風電成本將下降40%，平均???為300萬美元/兆瓦。
NREL于2020年10月發(fā)布的一份報告顯示，在加州海岸五個地區(qū)各建設一個1吉瓦浮動海上風電項目的平準化能源成本（LCOE）可能從2019年的每兆瓦時95-114美元降至2032年的每兆瓦時53-64美元。勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）最近一項專家調查顯示，固定底座和浮動海上風電項目之間的LCOE差距將逐步縮小。預計到2050年，固定底部和浮動海上風電的LCOE中值可能分別降至39.18美元/兆瓦時和46.45美元/兆瓦時。受訪專家還預計，到2035年海上浮式風電項目將占據(jù)更大的市場份額，占新建海上風電項目的25%。
NREL的專家表示，“浮動風電成本等式中沒有任何東西會使浮動成本更高。我們預計，隨著時間的推移，浮動成本將與固定的底部風成本趨同。” NREL的一個研究小組發(fā)現(xiàn)，如果浮動海上風電要發(fā)揮其全部潛力，該行業(yè)就必須超越其石油和天然氣行業(yè)的根基，合作開發(fā)“集成系統(tǒng)方法”，設計專為浮動項目建造的渦輪機。浮式渦輪機在海上保持直立和穩(wěn)定所需的浮式下部結構的設計大量借鑒了海洋石油和天然氣工業(yè)中使用的概念。一般來說，一家制造商設計渦輪機和塔架，另一家公司設計底座，有時還有一個單獨的企業(yè)負責陣列布局和物流。浮式裝置物理環(huán)境的巨大復雜性和設計組件的相互作用使得這種分而治之的方法成本高昂，在確定可行的解決方案時效率較低。
各國政府在推進浮動渦輪技術和降低成本方面發(fā)揮了作用。美國能源部能源效率和可再生能源辦公室（Office of Energy Efficiency）和高級研究計劃署能源署（Advanced Research Projects Agency Energy）共同投資了超過1億美元的研發(fā)資金，用于開發(fā)海上風電技術。歐盟委員會的地平線2020研究和創(chuàng)新計劃向浮標項目撥款600萬美元，用于開發(fā)深水渦輪機的最佳系泊和錨定系統(tǒng)。
由于經(jīng)濟成本限制，這些固定底部渦輪機的水深一般在60米以內。如果沒有更多的技術創(chuàng)新來降低在深水中獲取豐富風能資源的成本，美國、日本、韓國和其他有希望的市場的大部分海上風能潛力都將無法開發(fā)。美國國家可再生能源實驗室（NREL）表示，在美國，近60%的海上風力發(fā)電潛力位于水深超過60米的水域。在歐洲，深水占海上風力發(fā)電潛力的80%。
海上風電行業(yè)正在努力尋求的解決方案是部署浮動式風力渦輪機，這種渦輪機可以利用深水區(qū)域的強勁、穩(wěn)定的風。這些渦輪機需要從港口拖到海上項目現(xiàn)場，并用至少三根錨定在海底的系泊纜固定到位。迄今為止，浮動海上風電的部署僅限于歐洲和日本的小型示范項目。即使是這些浮動海上風電項目中最大的，分別為30兆瓦和25兆瓦的蘇格蘭Hywind和葡萄牙WindFloat Atlantic，也與當今最大的固定底海上風電項目相形見絀，固定式海上風電每一個項目都包括幾十個渦輪機和數(shù)百兆瓦的發(fā)電裝機。
NREL海上風電研究負責人Walt Musial表示，更大的浮動項目即將到來。預計到2024年，我們將看到公用事業(yè)規(guī)模的浮動海上風電技術應用，單一項目裝機將達到600-1000兆瓦。
到目前為止，世界各地安裝的浮式海上風力發(fā)電容量不足100兆瓦。但在一些資源潛力最大的市場，政府正在努力使該行業(yè)達到商業(yè)規(guī)模。2020年10月英國首相鮑里斯·約翰遜宣布，到2030年英國海上浮式風力發(fā)電將達到1吉瓦。法國最近對布列塔尼沿海一個250兆瓦的海上浮式風力發(fā)電項目進行招標。加州政府和聯(lián)邦政府官員確定了可以支持4.6吉瓦海上風電項目的區(qū)域，這些項目位于加州中部海岸的莫羅灣和北加州的洪堡縣。美國聯(lián)邦海上能源監(jiān)管機構計劃在2022年年中舉行加州海上風電開發(fā)權拍賣。韓國表示，到2030年將在蔚山工業(yè)城市沿海建設一座6吉瓦的海上浮式風電場。而日本為了從示范項目中畢業(yè)，于2021年6月在第一次規(guī)?；Ｉ细∈斤L電場招標中選出了中標企業(yè)。
研究公司W(wǎng)ood Mackenzie的分析師Robert Liew說，從長遠來看，海上漂浮或許是亞太地區(qū)風力發(fā)電的最大前沿陣地。亞太地區(qū)幾乎所有市場都有海岸線，海上浮式風機可以釋放沿海城市附近的風力資源，即使在低風速地區(qū)也是如此。然而，要實現(xiàn)這一愿景，開發(fā)商必須降低成本。
日本政府的估計，如果投資成本在2030年降至400萬美元/兆瓦，那么浮式海上風電在商業(yè)上可能是可行的，而亞太地區(qū)的固定底座海上風電成本為200-300萬美元/兆瓦，陸上風電成本為150萬美元/兆瓦。預計到2025-2030年日本、韓國和臺灣的海上浮式風電成本將下降40%，平均???為300萬美元/兆瓦。
NREL于2020年10月發(fā)布的一份報告顯示，在加州海岸五個地區(qū)各建設一個1吉瓦浮動海上風電項目的平準化能源成本（LCOE）可能從2019年的每兆瓦時95-114美元降至2032年的每兆瓦時53-64美元。勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）最近一項專家調查顯示，固定底座和浮動海上風電項目之間的LCOE差距將逐步縮小。預計到2050年，固定底部和浮動海上風電的LCOE中值可能分別降至39.18美元/兆瓦時和46.45美元/兆瓦時。受訪專家還預計，到2035年海上浮式風電項目將占據(jù)更大的市場份額，占新建海上風電項目的25%。
NREL的專家表示，“浮動風電成本等式中沒有任何東西會使浮動成本更高。我們預計，隨著時間的推移，浮動成本將與固定的底部風成本趨同。” NREL的一個研究小組發(fā)現(xiàn)，如果浮動海上風電要發(fā)揮其全部潛力，該行業(yè)就必須超越其石油和天然氣行業(yè)的根基，合作開發(fā)“集成系統(tǒng)方法”，設計專為浮動項目建造的渦輪機。浮式渦輪機在海上保持直立和穩(wěn)定所需的浮式下部結構的設計大量借鑒了海洋石油和天然氣工業(yè)中使用的概念。一般來說，一家制造商設計渦輪機和塔架，另一家公司設計底座，有時還有一個單獨的企業(yè)負責陣列布局和物流。浮式裝置物理環(huán)境的巨大復雜性和設計組件的相互作用使得這種分而治之的方法成本高昂，在確定可行的解決方案時效率較低。
各國政府在推進浮動渦輪技術和降低成本方面發(fā)揮了作用。美國能源部能源效率和可再生能源辦公室（Office of Energy Efficiency）和高級研究計劃署能源署（Advanced Research Projects Agency Energy）共同投資了超過1億美元的研發(fā)資金，用于開發(fā)海上風電技術。歐盟委員會的地平線2020研究和創(chuàng)新計劃向浮標項目撥款600萬美元，用于開發(fā)深水渦輪機的最佳系泊和錨定系統(tǒng)。
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