風(fēng)起電涌
美國(guó)“試水”海上風(fēng)力發(fā)電

位于緬因州卡斯汀的漂浮式渦輪機(jī)是美國(guó)當(dāng)前唯一的海上風(fēng)電設(shè)備 圖片來(lái)源：美聯(lián)社

在專(zhuān)家看來(lái)，發(fā)展海上風(fēng)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(guó)緬因州的卡斯汀鎮(zhèn)仿佛是一處被時(shí)光遺忘的地方。17世紀(jì)早期，開(kāi)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(dòng)，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(guò)，就在離岸邊500米遠(yuǎn)的海上，未來(lái)的氣息透過(guò)灰色的薄霧若隱若現(xiàn)。一臺(tái)淡黃色的風(fēng)力渦輪機(jī)在波浪中搖晃，薄薄的葉片緩慢地旋轉(zhuǎn)著。這個(gè)20米高的家伙建于去年6月，是一種試驗(yàn)性漂浮設(shè)計(jì)，規(guī)模只有實(shí)際大小的1/8。它最多可提供20千瓦電力，基本夠6個(gè)美國(guó)家庭用電。不過(guò)，因?yàn)槭敲绹?guó)近海唯一的海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，這個(gè)被稱(chēng)為VolturnUS的建筑物正引發(fā)廣泛關(guān)注。

過(guò)去幾十年間，其他國(guó)家如比利時(shí)、英國(guó)、丹麥和德國(guó)在其海岸線(xiàn)周?chē)ㄔ炝舜笠?guī)模的渦輪機(jī)發(fā)電場(chǎng)。然而，由于環(huán)境顧慮、官僚制度和政治反對(duì)，美國(guó)開(kāi)發(fā)海上風(fēng)電的努力一直沒(méi)有結(jié)果。不過(guò)，一切或許將很快得以改觀。生態(tài)研究顯示，經(jīng)過(guò)周密計(jì)劃建立的風(fēng)電場(chǎng)不會(huì)明顯傷害到鳥(niǎo)類(lèi)或海洋哺乳動(dòng)物。商業(yè)人士和政客對(duì)開(kāi)發(fā)和投資海上風(fēng)電的興趣也日益增加。

今年5月，美國(guó)能源部撥款給新澤西州、俄勒岡州和弗吉尼亞州的3個(gè)示范項(xiàng)目。一些州政府也正在為其建造海上風(fēng)電場(chǎng)的雄心開(kāi)辟道路，開(kāi)發(fā)商則表示他們最快可于明年開(kāi)始在海洋中安置渦輪機(jī)。

從理論上講，這種潛力是巨大的。包括難以達(dá)到的深水地區(qū)，美國(guó)近海預(yù)計(jì)可產(chǎn)生4萬(wàn)億瓦電力，足夠提供4倍于該國(guó)現(xiàn)有用電需求的電量。不過(guò)，在該領(lǐng)域獲得快速發(fā)展前，支持者不得不證明海上風(fēng)電在經(jīng)濟(jì)意義上可以同其他能量來(lái)源競(jìng)爭(zhēng)，而且必須清除各州和聯(lián)邦政府在管制海上風(fēng)電項(xiàng)目時(shí)設(shè)置的各種錯(cuò)綜復(fù)雜的規(guī)定。

“我不認(rèn)為我們?cè)谠擃I(lǐng)域已毫無(wú)顧慮?！泵绹?guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期關(guān)注海上風(fēng)電的研究人員Walt Musial表示，我們需要證明其在實(shí)踐中是可行的。

海上試驗(yàn)

沒(méi)有一個(gè)項(xiàng)目在開(kāi)發(fā)海上風(fēng)電時(shí)面臨的挑戰(zhàn)能超過(guò)波士頓能源管理公司建立的鱈魚(yú)岬海上風(fēng)電場(chǎng)。此項(xiàng)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(qiáng)勁的風(fēng)力和相對(duì)平靜的水域。

鱈魚(yú)岬海上風(fēng)電場(chǎng)計(jì)劃包括130臺(tái)渦輪機(jī)，每臺(tái)約有80米高，共占地65平方公里。該能源管理公司表示，風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)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(lái)，該項(xiàng)目一直面臨著強(qiáng)烈反對(duì)。包括非營(yíng)利性組織等一些機(jī)構(gòu)認(rèn)為該項(xiàng)目將傷害鳥(niǎo)類(lèi)和其他野生動(dòng)物，增加消費(fèi)者負(fù)擔(dān)的電力價(jià)格，并威脅到進(jìn)入私人空域的飛機(jī)。而幾乎所有的司法判決一直都站在鱈魚(yú)岬海上風(fēng)電場(chǎng)這邊，其發(fā)言人Mark Rodgers表示，即便需要應(yīng)對(duì)的上訴即將到來(lái)，該項(xiàng)目還是打算在2015年開(kāi)建。

鱈魚(yú)岬海上風(fēng)電場(chǎng)是美國(guó)第一個(gè)完成主要環(huán)境評(píng)估的海上風(fēng)電項(xiàng)目。它對(duì)海洋哺乳動(dòng)物的影響或許更難以預(yù)測(cè)。研究人員和環(huán)保人士尤其擔(dān)憂(yōu)在海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的建設(shè)階段，當(dāng)巨大的鋼梁敲進(jìn)海床會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)于一場(chǎng)小型爆炸的聲音，足以擾亂一些海洋哺乳動(dòng)物的行為。

為避免出現(xiàn)諸如損害海洋哺乳動(dòng)物聽(tīng)力等嚴(yán)重問(wèn)題，鱈魚(yú)岬海上風(fēng)電場(chǎng)被要求至少配備一名觀察員監(jiān)視每臺(tái)渦輪機(jī)的安裝。該風(fēng)電場(chǎng)施工和環(huán)境項(xiàng)目經(jīng)理Rachel Pachter表示，如果海洋哺乳動(dòng)物在距安裝地點(diǎn)750米內(nèi)，公司將延緩打樁。

一旦完工，海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)甚至可以為海洋哺乳動(dòng)物帶來(lái)好處。研究人員發(fā)現(xiàn)眾多海上渦輪機(jī)可以變成人工魚(yú)礁，而今年發(fā)表的一項(xiàng)研究利用追蹤數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在德國(guó)和英國(guó)，海豹會(huì)尋找正在運(yùn)營(yíng)的風(fēng)電場(chǎng)渦輪機(jī)。主導(dǎo)該研究的英國(guó)圣安德魯斯大學(xué)海洋生物學(xué)家Deborah Russell介紹說(shuō)，這些海豹可能喜歡風(fēng)電場(chǎng)所提供的遠(yuǎn)離船只的保護(hù)。

除了對(duì)野生動(dòng)物的擔(dān)憂(yōu)，美國(guó)海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的支持者還不得不解決颶風(fēng)問(wèn)題。盡管馬薩諸塞大學(xué)風(fēng)能中心主任、機(jī)械工程師James Manwell表示，諸如石油平臺(tái)等海上建筑物的經(jīng)歷為渦輪機(jī)的安裝提供了信心。不過(guò)，加固渦輪機(jī)需要額外的鋼鐵卻增加了花費(fèi)。公司不得不決定如何平衡為應(yīng)對(duì)罕見(jiàn)颶風(fēng)而加固風(fēng)電場(chǎng)所帶來(lái)的開(kāi)支和好處。

漂浮式渦輪機(jī)

對(duì)于開(kāi)發(fā)商來(lái)說(shuō)，其面臨的一個(gè)大問(wèn)題是在美國(guó)沿海建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)是否具有經(jīng)濟(jì)意義。任何與迎合環(huán)境條例或應(yīng)對(duì)嚴(yán)重風(fēng)暴相關(guān)的額外努力，都將會(huì)增加建設(shè)成本，而海上風(fēng)電場(chǎng)正處于同豐富的廉價(jià)天然氣競(jìng)爭(zhēng)的階段。

為此，開(kāi)發(fā)商正在實(shí)驗(yàn)不同的設(shè)計(jì)，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(guò)考驗(yàn)。不過(guò)，一些開(kāi)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(tái)使用的結(jié)構(gòu)相似。隨著渦輪機(jī)變大，這些多樁設(shè)計(jì)可能更加穩(wěn)固，并且比單樁更廉價(jià)。

另一種解決方案是讓渦輪機(jī)漂浮起來(lái)，就像研究人員在卡斯汀所做的試驗(yàn)性設(shè)計(jì)一樣。來(lái)自緬因大學(xué)的工程師Habib Dagher和同事將中空混凝土管子固定在渦輪機(jī)底部。通過(guò)3根鋼絲繩將其連接到海床中的錨上，渦輪機(jī)在波浪中非常穩(wěn)固。這樣的設(shè)計(jì)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(shí)際的。Dagher介紹說(shuō)，這樣建造還相對(duì)便宜，因?yàn)橄嚓P(guān)部件可以在岸上生產(chǎn)，然后將其運(yùn)到目的地。

不過(guò)，他和同事不得不證明實(shí)際尺寸大小的漂浮式結(jié)構(gòu)可以在大風(fēng)暴中直立并且穩(wěn)固。對(duì)示范渦輪機(jī)安裝后測(cè)量的數(shù)據(jù)顯示，這種設(shè)計(jì)表現(xiàn)不錯(cuò)。Dagher表示，即使在80公里/小時(shí)的大風(fēng)中，渦輪機(jī)也只傾斜了5.9度。這表明實(shí)際尺寸大小的設(shè)備能在500年一遇的強(qiáng)勁風(fēng)力中保持穩(wěn)固。

在Musial看來(lái)，10年前漂浮式渦輪機(jī)并沒(méi)有受到重視，但如今它們正成為嚴(yán)肅的競(jìng)爭(zhēng)者。在葡萄牙岸邊安裝的一臺(tái)2兆瓦試驗(yàn)性漂浮式渦輪機(jī)從2012年起成功運(yùn)轉(zhuǎn)至今，日本也擁有兩臺(tái)已和電網(wǎng)連接的漂浮式渦輪機(jī)。同時(shí)，美國(guó)能源部門(mén)表達(dá)了對(duì)該設(shè)計(jì)的興趣：今年能源部資助的3個(gè)示范項(xiàng)目之一將在俄勒岡州庫(kù)斯貝海上350米深處配置5臺(tái)6兆瓦漂浮式渦輪機(jī)。

政治問(wèn)題

在專(zhuān)家看來(lái)，發(fā)展海上風(fēng)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(xué)研究海上風(fēng)電政策的專(zhuān)家Willett Kempton認(rèn)為，目前最大的障礙是各種紛繁復(fù)雜的政策規(guī)則。它們將減緩項(xiàng)目進(jìn)度，并且為開(kāi)發(fā)商和投資者提供了并不充分的確定性。

其他項(xiàng)目也因政治、政策和成本方面的擔(dān)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(xiàng)建造價(jià)值1.2億美元風(fēng)電場(chǎng)的交易，因在該州州長(zhǎng)選舉時(shí)承諾向其他開(kāi)發(fā)商重開(kāi)投標(biāo)過(guò)程而土崩瓦解。

Kempton極力稱(chēng)贊歐洲國(guó)家為推動(dòng)海上風(fēng)電發(fā)展所提供的能源政策和財(cái)政激勵(lì)。例如，丹麥設(shè)立了到2020年一半用電通過(guò)風(fēng)力發(fā)電獲得的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，需要將電網(wǎng)連接到海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，并為來(lái)自這些設(shè)備的電力設(shè)置合理價(jià)格。

相較于美國(guó)聯(lián)邦政府提供的短期稅收抵免政策，這種長(zhǎng)期的支持對(duì)于風(fēng)電行業(yè)更具吸引力，因?yàn)榍罢叩南c否在很大程度上依賴(lài)于選舉周期中國(guó)會(huì)的一時(shí)心血來(lái)潮。

美國(guó)一些州正開(kāi)始為相關(guān)項(xiàng)目提供更好的支持以鼓勵(lì)投資者和開(kāi)發(fā)商。例如，馬里蘭州為開(kāi)發(fā)商提供補(bǔ)貼的做法極大鼓舞了早先在馬里蘭州海岸建造一個(gè)大型風(fēng)電場(chǎng)的努力。

不過(guò)，就目前而言，使渦輪機(jī)成功下水的最大機(jī)會(huì)在于美國(guó)北部地區(qū)。

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

為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，位于馬薩諸塞州的新貝德福德港口正趕著完成最后的準(zhǔn)備，以保證其有能力操作1400噸起重機(jī)，將渦輪機(jī)搬運(yùn)到船上，然后運(yùn)到鱈魚(yú)岬海上風(fēng)電場(chǎng)。同時(shí)，大型挖掘機(jī)每天24小時(shí)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(fēng)電項(xiàng)目主任Bill White正管理著新貝德福德項(xiàng)目。在他看來(lái)，接下來(lái)的幾個(gè)月里“我們將知道鱈魚(yú)岬海上風(fēng)電場(chǎng)是否能變成現(xiàn)實(shí)”。