風(fēng)起電涌——美國“試水”海上風(fēng)力發(fā)電

　　在專家看來，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(jì)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(yuǎn)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(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個美國家庭用電。不過，因?yàn)槭敲绹�近海唯一的海上風(fēng)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(jī)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(fēng)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(jì)劃建立的風(fēng)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(fēng)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(xiàng)目。一些州政府也正在為其建造海上風(fēng)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(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)，美國近海預(yù)計(jì)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(fēng)電在經(jīng)濟(jì)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(fēng)電項(xiàng)目時設(shè)置的各種錯綜復(fù)雜的規(guī)定。

　　“我不認(rèn)為我們在該領(lǐng)域已毫無顧慮�！泵绹鴩�家可再生能源實(shí)驗(yàn)室長期關(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)

　　沒有一個項(xiàng)目在開發(fā)海上風(fēng)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(fēng)電場。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)力和相對平靜的水域。

　　鱈魚岬海上風(fēng)電場計(jì)劃包括130臺渦輪機(jī)，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(fēng)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(xiàng)目一直面臨著強(qiáng)烈反對。包括非營利性組織等一些機(jī)構(gòu)認(rèn)為該項(xiàng)目將傷害鳥類和其他野生動物，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岬海上風(fēng)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(xiàng)目還是打算在2015年開建。

　　鱈魚岬海上風(fēng)電場是美國第一個完成主要環(huán)境評估的海上風(fēng)電項(xiàng)目。它對海洋哺乳動物的影響或許更難以預(yù)測。研究人員和環(huán)保人士尤其擔(dān)憂在海上風(fēng)力發(fā)電場的建設(shè)階段，當(dāng)巨大的鋼梁敲進(jìn)海床會產(chǎn)生相當(dāng)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(yán)重問題，鱈魚岬海上風(fēng)電場被要求至少配備一名觀察員監(jiān)視每臺渦輪機(jī)的安裝。該風(fēng)電場施工和環(huán)境項(xiàng)目經(jīng)理Rachel Pachter表示，如果海洋哺乳動物在距安裝地點(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(jī)可以變成人工魚礁，而今年發(fā)表的一項(xiàng)研究利用追蹤數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在德國和英國，海豹會尋找正在運(yùn)營的風(fēng)電場渦輪機(jī)。主導(dǎo)該研究的英國圣安德魯斯大學(xué)海洋生物學(xué)家Deborah Russell介紹說，這些海豹可能喜歡風(fēng)電場所提供的遠(yuǎn)離船只的保護(hù)。

　　除了對野生動物的擔(dān)憂，美國海上風(fēng)力發(fā)電場的支持者還不得不解決颶風(fēng)問題。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，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)對罕見颶風(fēng)而加固風(fēng)電場所帶來的開支和好處。

　　漂浮式渦輪機(jī)

　　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(fēng)電場是否具有經(jīng)濟(jì)意義。任何與迎合環(huán)境條例或應(yīng)對嚴(yán)重風(fēng)暴相關(guān)的額外努力，都將會增加建設(shè)成本，而海上風(fēng)電場正處于同豐富的廉價(jià)天然氣競爭的階段。

　　為此，開發(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)受過考驗(yàn)。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(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，就像研究人員在卡斯汀所做的試驗(yàn)性設(shè)計(jì)一樣。來自緬因大學(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，這樣建造還相對便宜，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，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。對示范渦輪機(jī)安裝后測量的數(shù)據(jù)顯示，這種設(shè)計(jì)表現(xiàn)不錯。Dagher表示，即使在80公里/小時的大風(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，10年前漂浮式渦輪機(jī)并沒有受到重視，但如今它們正成為嚴(yán)肅的競爭者。在葡萄牙岸邊安裝的一臺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，日本也擁有兩臺已和電網(wǎng)連接的漂浮式渦輪機(jī)。同時，美國能源部門表達(dá)了對該設(shè)計(jì)的興趣：今年能源部資助的3個示范項(xiàng)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(jī)。

　　政治問題

　　在專家看來，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(biāo)過程而土崩瓦解。

　　Kempton極力稱贊歐洲國家為推動海上風(fēng)電發(fā)展所提供的能源政策和財(cái)政激勵。例如，丹麥設(shè)立了到2020年一半用電通過風(fēng)力發(fā)電獲得的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，需要將電網(wǎng)連接到海上風(fēng)力發(fā)電場，并為來自這些設(shè)備的電力設(shè)置合理價(jià)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(fēng)電行業(yè)更具吸引力，因?yàn)榍罢叩南�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(xiàng)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(bǔ)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(fēng)電場的努力。

　　不過，就目前而言，使渦輪機(jī)成功下水的最大機(jī)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(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)更大的鱈魚岬海上風(fēng)電場。

　　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)到鱈魚岬海上風(fēng)電場。同時，大型挖掘機(jī)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(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，接下來的幾個月里“我們將知道鱈魚岬海上風(fēng)電場是否能變成現(xiàn)實(shí)”。