海上风电巨型涡轮机 Haliade-X 横空出世，超越同类，刷新产能记录

·工程7（2021）894新闻亮点巨型涡轮机准备声称海上风电肖恩高级技术作家一波巨大的涡轮机似乎将定义未来十年的海上风能产业。首台Hali-ade-X涡轮机由总部位于法国巴黎的GE可再生能源公司设计和制造，高260米，转子直径220米，叶片长107米，占地面积38000平方米（图1）。该原型建造在荷兰鹿特丹的港口（图2），最初是一台12 MW的机器，后来优化为13 MW。该涡轮机于2020年11月获得行业认证，并于2019年11月产生了第一个毫瓦时的电力。该公司声称，Haliade-X可以比目前生产的任何其他海上风力涡轮机多产生45%的能量，每年产生高达67 GW h的能量，足以为16000个家庭供电。海上安装的第一台Haliade-X涡轮机将是位于北海的Dogger Bank风电场的13兆瓦版本，距离英格兰东北海岸约130公里。项目已订购了190台涡轮机用于前两个阶段，第一批涡轮机将于2022年安装第三阶段也是最后阶段将安装Fig. 1. Haliade-X是目前世界上最大的海上风力涡轮机，一台涡轮机可以为大约16000个欧洲家庭供电。图片来源：GE Renewable Energy，经许可。https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.06.0032095-8099/©2021 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可从ScienceDirect获取目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engS.工程7（2021）894895·×图二. Haliade-X的原型矗立在荷兰鹿特丹的海港旁。图片来源：GE Renewable Energy，经许可。14MW版本[2]。按照目前的计划，该风电场将成为世界上最大的风电场，每年发电18 TW h，为600万英国家庭供电。“更大，更高容量的涡轮机减少了所需的涡轮机数量，并提供了更高的效率，从安装到操作和维护，说：”西蒙贝利，商业总监多格银行风力发电场。“我们还不得不加大我们的许多其他组件，包括我们的安装船，它们不会比伏尔泰自升式船更大。”由比利时土木工程公司Jan De Nul制造，当完全展开时，伏尔泰从底部上升到325米它的腿，在海床上，到它的起重机的顶部-比埃菲尔铁塔高一小部分-可以举起3000吨（图。 3）[3]。图三. 一个艺术家的伏尔泰自升式船的插图，正在制造的比利时的扬德努尔集团。2022年，该船将用于在北海的Dogger Bank风电场安装第一台商用Haliade-X涡轮机。图片来源：Jan de Nul Group，经许可。大型涡轮机为投资者和电力公司提供的越来越有吸引力的主张是其平准化能源成本（LCOE）的结果-在涡轮机从本质上讲，这些涡轮机是2020年，GE可再生能源在全球委托风力涡轮机容量（陆上和海上）中占据首位，之前由丹麦能源公司Vestas（总部位于丹麦奥胡斯）持有[4]。但总部位于西班牙萨穆迪奥的西门子歌美飒以约三分之二的海上装机容量在海上引领市场。2020年5月，该公司宣布了对Haliade-X的回应，推出了一种新的直接驱动涡轮机，即14 MW SG 14 -222 DD。它的转子尺寸为222直径为20米，仅比Haliade-X宽2米。原型计划于2021年底在丹麦北部的阿斯特丽德完成，预计2024年生产[5]。同时，明阳智慧能源集团有限公司，有限公司、位于中国广东省中山市的MySE 11 -203型大型涡轮机即将投入使用。该公司计划在今年（2021年）完成这台11兆瓦涡轮机的原型，其转子直径为203米，采用碳玻璃混合叶片，并承诺在2022年投入商业使用。在这个日益拥挤的领域，维斯塔斯于2021年2月宣布了其巨型涡轮机的计划。其V236-15.0MW涡轮机的转子直径为236米，在2022年原型建造时成为世界上最大的涡轮机，商业生产将于2024年开始[7]。要了解海上电力的发展有多远，请考虑1991年世界上第一个海上风电场Vindeby的11台涡轮机中每台涡轮机的容量到2019年，平均海上涡轮机容量已增加到7.2兆瓦。到2025年，平均值将达到10-随着海上风电规模的扩大，其在风能市场的份额也在扩大。2009年，海上风电仅占全球新增风电装机容量的1%。2019年，新的海上设施占10%。就运行中的总装置而言，海上容量目前产生35吉瓦，约占风电总容量的5%[8]，大致相当于避免6.25 107吨二氧化碳排放，或减少2000多万辆汽车[9]。此外，2020年是海上风电新融资创纪录的一年，融资超过15吉瓦。这比2019年创下的纪录高出50%以上，是2012年融资额的15倍[4]。这一增长在很大程度上反映了欧洲安装量的稳步增长。然而，在过去的三年里，中国在每年新的海上风电装置方面领先世界。在2020年，它安装了约3吉瓦的新海上风电容量，这是全球刚刚超过6吉瓦的增长的一半[9]。美国在接受海上风电方面一直进展缓慢，但在2021年3月，拜登政府宣布了"启动”其采用的计划，设定了建设30吉瓦海上风电容量的国家目标到2030年[10]。下一个十年的舞台似乎已经准备好了。除此之外，海上涡轮机能有多大？英国海上可再生能源Catapult（一家致力于海上可再生能源的技术创新和研究中心）的测试和验证主管Tony Quinn奎因说，在考虑未来几代涡轮机时，更大并不一定更好。与最大尺寸相反，最佳尺寸是LCOE效益的函数。如果刀片的设计没有任何变化，那么捕获的能量会随着S.工程7（2021）894896图四、一个107米长的Haliade-X叶片抵达英国Blyth的海上可再生能源弹射器设施，开始独立测试。图片来源：Offshore Renewable Energy Catapult，经许可。叶片长度的平方，但叶片的重量与其长度的立方成这意味着叶片的成本然而，对于涡轮机部件的许多其他方面，规模经济的正常规则适用，因此我们应该考虑整个系统。总 部 位 于 丹 麦 中 日 德 兰 半 岛 的 西 门 子 歌 美 飒 （ SiemensGamesa）高级产品经理彼得？第一个潜在的瓶颈是安装船的尺寸。我们关心的是吊起涡轮塔。这种新一代的涡轮机需要一艘带有起重机的船只，可以一次性将塔提升到海拔约140米的中心换句话说，如果涡轮机变得更大，就没有实用的方法来安装它们。但是风能不仅仅是要变得更大-一系列新的风能开发技术正在开发中，旨在填补较小的利基市场[11，12]。这些技术包括使用风筝来从高空风力中产生能量，缠绕在路边灯柱上的涡轮机-由过往汽车排出的空气提供动力-甚至是无叶片的风塔，被称为“skybrators”，通过被在这些较小的规模上，未来还有在大规模上，尽管这一波巨大的海上涡轮机，奎因说，我们不应该期待进一步飞跃涡轮机的大小很快。他说：“涡轮尺寸的快速增长正在推动材料科学和制造业的发展。”‘‘Step changes in size bring about notonly technological challenges but引用[1] Haliade-X风力发电机技术规范[互联网]。巴黎：通用电气可再生能源; c2021 [引用 2021 年 3 月 23 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 ： https ： //www.ge.com/renewableenergy/wind-energy/offshore-wind/haliade-x-offshore-turbine。[2] 通用电气的Haliade-X 14兆瓦涡轮机首次亮相Dogger Bank C [Internet]。泰恩港：Dogger Bank风力发电场; 2020年12月18日[引用2021年3月23日]可从：https://doggerbank.com/press-releases/ges-haliade-x-14mw-turbine-to-debut-at-dogger-bank-c/.[3] 伏尔泰海上自升式安装船。Aalst：Jan De Nul.[4] 放大图片作者：Moore J，Bullard N. BNEF执行概况-电力，运输，建筑和工业，商品，食品和农业，资本。London：BloombergNEF; 2021 Mar.[5] 由变化驱动：西门子歌美飒推出14兆瓦海上直驱涡轮机，转子长222米[互联网]。萨穆迪奥：西门子歌美飒; 2020年5月19日[引用于2021年3月23日]。可从以下网址 获 得 ： https://www.siemensgamesa com/en-int/newsroom/2020/05/200519-siemens-gamesa-turbine-14-222-dd.[6] MySE 11 -203，混合动力驱动世界[互联网].中山市明阳智慧能源集团有限公司有限公司的; [2021年3月23日]。可从http：//www. myse.com.cn/en/jtxw/info.aspx?itemid=773。[7] Vestas®-V236-15.0 MWTM。奥胡斯：维斯塔斯风力系统; 2021年。[8] 作者：LeeJ，ZhaoF. 2020年全球海上风电报告布鲁塞尔：全球风能理事会; 2020年8月[9] 2020年，中国在创纪录的一年内安装了全球海上风电新装机容量的一半[互联网]。布鲁塞尔：全球风能理事会; 2021年2月25日[引用2021年3月23日]。可从以下网站 获 取 ： https://gwec.net/china-installed-half-of-new-global-offshore-wind-capacity-during-2020-in-record-year/。[10] 事实说明书：拜登政府启动海上风能项目以创造就业机会。华盛顿特区：白宫;2021 年 3 月 29 日 [ 引 用 2021 年 4 月 10 日 ] 。 可 查 阅 ：https://www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2021/03/29/fact-sheet-biden-administration-jumpstarts-offshore-wind-energy-projects-to-create-jobs/。[11] Weiss P.空中风能准备起飞。工程2020;6（2）：107-9.[12] 韦斯山口高空飞机坠毁后，空中风能重新组合。 工程2021;7（3）：277-9。[13] Ambrose J. Good Vibrations：Bladeless Turbines Can Bring Wind Powerto Your Home（好的振动：无叶涡轮机可以将风力带到你的家）伦敦：卫报;2021年3月16日[引用2021年3月23日]。可从：https://www.theguardian.com/environment/2021/mar/16/良好的振动无叶涡轮机可以把风力发电到你的家。[14] 涡流无叶：它是如何工作的第一个风力涡轮机没有叶片也没有齿轮[互联网]。马德里 ： Vortex 无 刃 ; [ 引 用 日 期 ： 2021 年 3 月 23 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 ：https://vortexbladeless.com/technology-design/