10 海上风能 [ hwd99 ] 于:2010-07-08 16:32:35 复:
10 海上风能
伦敦海水发电厂将对英国可再生能源目标作出关键贡献
                               James Smith， 英国壳牌公司主席
电能是至关重要的日用品，而风能工业生产电还能提供工作机会
                         David J.White

图10.1 Kentish 海上风电站，叶轮直径90米，安装高度70米，每个重500吨，功率3MW。

    海上比陆上风更大，更稳定。因此，海上风力发电，单位面积功率比陆上更多。
    Thames湾kentish Flats风力发电厂，离Whitstabel和Herne湾8.5公里，2005年末运行，平均功率密度是3.2瓦/平方米，2006年实际平均功率是2.6瓦/平方米。
   我们假设海上风力发电单位面积功率密度是3瓦/平方米，比陆上功率密度2瓦/平方米大50％，是比较恰当的。我们可以来估算海水发电。通常将海水风力发电 分为浅海发电和深海发电。通常浅海发电，深度低于25－30米，成本是陆上发电2倍，经济上可行，收益中等，而深海发电成本高，目前基本上还不可行。 2008年仅有一个深海风力发电平台，是一个试验性发电设备，在石油钻井平台Beatrice附近。

浅海
     在英国周围，浅海面积约40000平方公里。大多数在英格兰和威尔士附近。这个面积相当于两个威尔士。根据平均功率密度估计，总功率为120GW，等于每 天每人48千瓦时。但是，这样安装会导致水上运输困难。海上运输需要的水道，渔业海域等占用部分地区，我假设可能的海域是1/3，这是一个比较乐观的估 计，参加附录。我们得到{zd0}能量是每人每天提供16kWh。这里需要占用三分之二个威尔士地区的面积。

图10、2 英国周围深度低于25米（黄色）和低于50米（紫色）海洋分布
来自可再生海上资源分布图 DTI。

    英国海岸线长度约3000km，我们需要饶海岸线平均宽度4公里带安装风力发电机，总面积13000平方公里。美国风力发电机功率是3MW，需要安装44000个，每公里海岸线需要安装15个。
    由于海水腐蚀作用，海风太强烈，在Danish风力发电厂，每18个月，所有80个风力发电设备就需要撤除维修。Kentish 电厂的变速箱也发生同样问题，在最初18个月，有1/3需要维修。

深海
    海水深度在25－50米海域面积是80000平方公里，等于苏格兰面积。假设功率密度是3瓦/平方米，深海风力发电总功率240GW，如果全部安 装，将为每人每天提供96千瓦时。同样我们必须为海上运输提供通道，我们同样使用1/3区域，比威尔士大30％，有些离岸50公里。如果我们在沿岸9公里 宽区域安装风力发电机，我们就能为每个人每天提供32kWh电能。虽然很多，却比我们巨大消费低得多。这里我们还没有讨论风能的不连续性。我们将在第26 章讨论它。我将深海风力发电也包括在表中，这里需要重复前面提到的问题，深海风力发电成本太高。

图10.3 海上风能贡献

一些比较和成本
    到目前为止，我们的能源供应和消耗之间的比赛如何？将深海和浅海风力发电加上以后，我们的能源供应{lx1}了。但是，我们应该主意到，我们在消费方面 的增加是很容易的，但是，在生产和供应方面的增长很困难。我在写作时，虽然感到很冷，我还是关闭空调。对我来说，增加消费30kWh是很容易的，但是，从 可再生能源生产中，给每人每天增加30kWh是非常困难的，需要对非常大面积的环境进行工业化。
     为了在海上增加风力发电，使每个英国人每天增加48kWh，需要6千万吨钢筋和混凝土，每人1吨。世界钢总产量是每年12亿吨，等于世界每人每年只生产 0.2吨。第二次世界大战期间，美国共生产2751艘战船，每个需要钢7000吨，总共需要1900万吨，相当于每个美国人0.1吨。因此，减少6000 万吨风力发电设备，不是一件容易的事情。建设大量风力发电设备同二战时美国建造众多战舰一样困难。
    作为比较，建造核能电厂，同样为每个英国 人每天提供48kWh电力，需要800万吨钢，14万吨混凝土。我们还可以比较6000万吨风力发电机与化石燃料生产设备，如北海油田。1997年，安装 200个设施，7000公里管线，总共使用8百万吨钢和混凝土。新建从挪威到英国的天然气管线，功率25GW，使用1百万吨钢和1百万吨混凝土，可为每个 英国人每天提供10kWh能量。
    2007年12月19日，英国政府宣布批准一项海上风力发电发电项目，峰功率是33GW，平均功率约10GW，可为每个英国人每天提供 4.4kWh。风力发电界人士说是天上掉下的馅饼，我们来讨论一下。这等于我们前面讨论的浅海风力发电所有能力的1/4，为了建成这个系统，需要1万个 3MW风力发电机，实际发电能力是1MW。这里3MW是峰值发电能力。
     这33GW需要建造成本多少？90MWKentish Flats风力发电厂建造投资是1.05亿英镑，换算下来，是330亿英镑。摊到每个英国人头上是550英镑。这比在房顶上建造小型风力发电设备，给每个 人每天提供1.6kwh，需要投资1500英镑要好。 而且实际屋顶上小型发电机发电能量还要低。
    建造海上风力发电机，另外一个瓶颈是需要特制船。为了在10年内，竖起1万个风力发电机，我们需要50个起重驳船。每个需要耗资6000万英镑。因此，我们需要增加投资30亿英镑。我们需要预先计划，从而能够及时建造这些船。

图10.4 海上石油平台 Magnus， 2000年生产380万吨石油，等于功率5MW， 重71000吨，价值11亿英镑

影响鸟类带来的成本
    风力发电机会杀死鸟吗？最近挪威人反对风力发电。在smola岛，风力发电机杀死9只10个月大白色尾巴的鹰。我同意国际鸟类协会对稀有鸟类的关 心，但是，我认为，我们应搞清楚数字。据估计，在丹麦，风力发电机每年杀死3万个鸟，生产了9％电力。恐怖，我们应禁止风力发电！但是，我们要知道，每个 在丹麦，交通杀死100万只鸟。是风力发电30倍以上。那我们应30倍禁止汽车。在英国，每年被猫杀死的鸟是5500万。

图10.6 不同行为杀死的鸟类数目

    从感情出发，我应当住在一个没有汽车，没有风力发电，有很多猫和鸟的国家（猫会捕食鸟，而鹰会捕食猫），但我希望，我们的每项决定，是经过理学思考，而不是感情冲动。也许我们需要风力发电机。