中國應該大力發展海上風電_風聞

世界海上風電資源豐富，中國不是“最富礦”，但還是很有潛力的

中國也已經開始海上風電建設了，江蘇幹得不錯，廣東、福建也可以，遼寧差一點，山東有點太風平浪靜了

風電在陸地上有景觀和鳥類保護的問題，徵地也不容易，大力發展有限制。風大的地方也常常偏遠，輸電是個問題。但海上沒有徵地問題，離岸幾公里、幾十公里外，海鳥顯著減少，而海上風力、風速穩定，有利於風力發電，在常年大風的丹麥、德國海岸，已經大量使用。

海上風力發電在德國、丹麥已經很普及

海上風力發電的主流還是直接坐落在海底的。這基本上就是把陸地風電直接搬到淺海，用長管樁或者鋼架塔作為基座，一般水深不能超過50米。

但淺海是可遇而不可求的，有的海域風力資源很好，但水深較大。淺海也一樣是航運要道。離岸距離近，也有海岸景觀問題。海景房面對一片無窮無盡的風車，有些人可能就不樂意了。海上風電需要向深水發展。

海上風電必須向深水發展，向浮動海上風電發展

浮動風電大體有張力索、半潛式和樁柱體形式。張力索式在底部附體有幾個向外延伸的支架腿，用張力索與海底的錨樁連接。浮體有強烈上浮的趨勢，靠張力索拉住在固定的深度，張力索是張緊的，所以風車近似固定平台。半潛式把風車安裝在半潛平台上，沉重的半潛平台深入水中，很少受到風浪的影響，相當穩定。半潛式也有錨索，但是鬆弛的，只需要不使平台飄走，並不需要精確固定的一個位置和方向上。海上石油平台就是這樣的。第三種主要方式是樁柱體，也是半潛的，但寬厚的半潛體換成很長的空心柱體深入水下，深度越大，穩定性越好。錨索也是鬆弛的。

海上鑽井平台就是半潛式的

美國海軍的FLIP就是浮動的觀測平台，像正常的船一樣開到地方，然後豎立起來，形成特別穩定的觀測平台

張力索式相當於固定的，所以風車底部的浮體的深度和方向都是固定的，風車就像陸地風車一樣運作，用機電控制轉向迎風方向。但持續的張力可能導致張力索疲勞，也可能導致海底的錨樁鬆動，現在用的少了。

用繃緊的張力索拉住拼命往上浮起的浮筒結構，浮筒結構就相當於固定的，並不能自然扭動，風車就相當於陸地風車了

半潛式是現在的主流，一方面有現成的海上鑽井平台的設計、製造和使用經驗，另一方面使用條件較好，壽命較長，還可能利用半潛平台安裝其他設備。半潛平台有很大的水下部份，耐波浪性好，只要平台足夠大，升沉和搖晃的問題不大。

但風車受到的風力影響大，在風壓下，有明顯的傾斜，需要在設計上補償。比如説，風車柱在上風方向，半潛框架在下風方向，

風車承受的風壓導致自然向下風方向傾倒的趨勢，要麼半潛框架巨大，要麼需要在下風方向加寬，用浮力頂住傾倒趨勢，增加穩定性

不過半潛平台真是浮動的，需要解決風車指向迎風方向的問題。這可以用動力穩定，用電動螺旋槳不時調整方向，海上鑽井平台就是這樣的原理，可以做到非常高的精度，但設備和控制比較複雜。另一個辦法是用風向標的原理，自然指向迎風方向。比較奇思妙想的一個思路是用雙風車。

在風車部署中，需要拉開足夠間距，才能使得上風方向的風車不把下風方向的風車的風力“吃掉”太多，最好是橫排，大家遮擋不遮擋。

典型風車陣的左右間距較小，前後間距較大，就是為了避免風車之間“搶風”

從這個思路出發，反過來利用上風風車更加“搶風”的機制，將橫列的風車自然轉向迎風和“吃風”均勻的方向，可以解決迎風轉向的問題。如果風力從左前方來，左風車出力更大，右風車出力不足，形成自然的逆時針旋轉方向。反之亦然。在變換的風向中，左右風車會自然補償，直到兩邊出力均勻的時候自然停下。海上風電不需要精確指向迎風方向，這樣的自然穩定非常適合，只需要在海底單點繫留就可以了，一個錨樁的施工比多個要簡單、低成本。

如果這樣的自然轉向不夠迅捷，還可用左右風車的槳距控制輔助。槳距大略可看作槳葉與旋轉盤面的迎角。槳距為零的時候，風車就和門板無異了，一點不會出力。槳距90度的時候，槳葉完全“順風”，也不出力。槳葉只有在一定的夾角範圍內才能有效出力。雙風車時，上風風車的槳距減小，出力增加；下風風車的槳距增大，接近“順風”狀態，出力降低，就可把浮架轉向迎風方向。風機本來就有自動槳距控制，用於補償自然風力忽高忽低時的出力變化，與迎風轉向控制相結合，在技術上不難做到。

雙風車也可以用浮架，比半潛式還要簡單，吃水淺，深水淺水都可應用。

這樣的雙風車不僅一個半潛結構就可安裝兩台風車，還能在風力下自然地轉向迎風方向

這裏與上圖的設計略有不同，雙風車是單點安裝的，但原理一樣。這是小尺度模型，在風浪測試中的數據表明，放大到工程尺度後，可承受30米高巨浪

同樣概念還可以加大半潛結構，將雙風車擴大到多風車，如這裏的四風車和七風車。所有半潛結構都利用起來了，沒有專為穩定性的額外結構，而且共享輸電設施

加大的半潛平台便於容納直升機平台和控制、生產設施，比如安裝海水制氫和儲氫裝置

更大的浮島風電也是做得到的，還可利用高底層風力，結構更加穩定，不過對結構強度的要求很高，但也真可以和海水養殖結合在一起了

但大型海上結構一定是要考慮抗風浪的。浮架的簡單是有條件的，這條件就是浮架不能太寬大，否則結構在風浪下的彎折應力很大，常年使用的疲勞很厲害，強度要求很高，這是浮架越大，難度和成本越大。

另一方面，水下十幾米的波浪影響就很小，幾十米一下就基本上沒有影響了。這就是半潛式發揮優勢的地方了。與浮架不同的是，半潛式的浮體主要沉沒在水下，水上只有很少的架構。這使得半潛式平台很少受到波浪影響，結構的彎折應力和疲勞問題大大降低。如果採用單點安裝，半潛式平台也容易與雙風車相結合，在結構和迎風轉向方面都容易解決。

半潛式的主要浮體都在水下，受風浪的影響較小，應力和疲勞問題較小

但半潛式與浮架相比，風壓下的傾斜問題有點不好解決。浮架的浮體在水面上，受到風壓時，下風方向的浮體被壓入水中，排水量增加，自然幫助恢復水平。但半天式的浮體主要在水中，有沒有風壓，排水量都差不多，所以向下風方向增大浮體結構都沒有多大作用。水的密度是隨深度增加的，但半潛式的浮體要利用到這樣的密度差，平台已經傾斜得不成樣了。

一個辦法是大大加深半潛體，好比在陸地上打深樁。另一個辦法是用深鰭，用水壓抵禦風壓，像帆船的龍骨鰭一樣。

帆船的龍骨下常有很深的鰭

這是用來在側風時用水壓抵禦橫傾的

當然，也可以直接用樁柱體一舉兩得。樁柱與單點安裝的雙風車相結合，連迎風轉向的問題都解決了

還可以用主動控制解決，容許一定的傾斜，用風機“抬頭”來補償槳葉平面不垂直與風力的問題。這個在技術上不難做到。

垂直風機當然就沒有了迎風轉向的問題，還有發電機和變速箱都在底座的好處，便於安裝和檢修，重心低，但垂直風機的捕獲效率較低，與傳統風機沒法相比，週期性的加載、減載也使得葉片的疲勞問題也更加嚴重。

垂直風機當然就沒有迎風轉向的問題，但捕獲效率也低

海上風電的問題解決了，還要解決海上輸電問題。海上風電場一定有一個匯集點，把各風機的電力集中起來，輸往大陸入網。風電底部與匯集點之間是漂浮電纜，容許風機有一定的漂移。這容易做到，電纜上在一定的位置綁上一定數量的浮子就可以了。漂浮電纜可懸浮在水下，免受風浪和過往船隻的影響。細細的電纜會洄游的魚類也不是問題，不過海上風電區內的捕魚作業會有所限制。

匯集點可以放在海底，也可以放在浮架上，後者更加便於檢測和維修。匯集點可以有多個，避免單點故障導致系統癱瘓。

海上風電還要與海底輸電系統相匹配

像這樣“一串蟹”的連接也是可以的，只是要注意串與串的並列和交叉冗餘，避免單一節點故障導致全盤皆輸

至於海底動力電纜，這倒是早就解決的問題

海底電纜的鋪設和檢修成本都更高。水下機器人發達後，成本可望大大降低。水下機器人可以或者直接就地檢修，或者將電纜綁上浮體浮上水面，然後在水面檢修。

海底電纜肯定比陸地上的架空電纜複雜，但中國陸上風電資源豐富的地方原理人口密集和經濟發達的東南沿海，與上千甚至幾千公里的架空電纜相比，幾十公里的海底電纜還是可以接受的，輸電損失也大大降低。

除了福建、廣東沿海一些地區，中國風電資源豐富的地方都很偏遠。內蒙到東北還好説，但西藏到東南沿海就遠了

另一個問題是安裝。大型海上結構的拖帶還不是最大的問題，吃水很深的半潛體有點麻煩，對沿線水深的要求較高。建造時浮起，到地方在把水打入壓載水艙可以解決水深問題，但在拖帶中的重心大大提高，對海況和天氣的要求很高。

當然可以把半潛體和風機分別運輸，在海上吊裝安裝，但這需要大型浮動吊車，不僅安裝成本提高，本身對海況和天氣的要求也很高。

這樣的整體拖帶當然對安裝最有利，但重心很好，受海況和天氣影響很大

在陸地上建造，用半潛駁船拖運到海上風電場，然後用浮吊安裝，這是最成熟但也最費事的方法

最好還是在陸地建造完工後，整體拖運到海上風電場，就地下沉和入網。可以考慮把雙葉風機和樁柱式結合起來，在拖運的時候把風機的槳葉轉動、鎖定到與樁柱平行的位置，這是拖船只是在拖帶一個很長的浮體，就像前文中FLIP在航行時的狀態，沒有多大的問題。到達位置後，樁柱內充水，靠較低的重心自然豎直，只要把錨鏈與錨樁相連，電纜與匯集點相連，就可以開始工作了。

費事一點，也可以把槳葉拆下來再拖運，在海上安裝前在水面安裝，然後在注入壓艙水和下沉、扶正。這就可以用效率更高的三葉、四葉風車了。由於海上安裝的高度很低，槳葉重量相對較輕，對施工船的要求不很高。可能自帶吊車就可以了，不需要專用的大型浮吊。

海上檢修的時候反過來，用壓縮空氣（比如由檢修船上的壓縮機提供）排出部份壓載水，使得樁柱和風機有控制地浮起、傾倒，然後就可以在接近水面的高度檢修了。檢修完畢，再次注入壓艙水，下沉、扶正。

如果雙葉槳葉轉動到與樁柱平行的位置，半潛體也換成樁柱體，橫置在海面上的拖帶就很容易

單風車有迎風轉向的問題，但用週期性的槳距控制，在每一圈裏動態地降低上風方向槳葉的槳距，增加下風方向的槳距，形成不對稱風壓，也可完成轉向。控制複雜一點，但不是做不到的。這樣的變槳距也只需要在風向變的時候使用，不是常年需要，所以可靠性也不是大問題。

要是簡單點，在樁柱上像導彈彈翼一樣，安裝一定數量的橫向穩定鰭，使得樁柱的轉動大大減速，這時就近似於固定的樁柱了，就可以用陸地風機電動轉向的辦法，轉向迎風方向了。

海上風電不僅是解決中國一般電力需要的有力手段，也解決了沿海更加缺點的問題。另外很重要的是：中國陸上風機的製造已經佔世界一半，轉戰海上風機沒有壓力，而中國爆表的鋼鐵、造船工業正好有了一個新的增長點。

半潛式海上風電可以在幹船塢裏建造

也可以在陸地平台上建造後再吊裝到半潛運輸船上

中國的海上吊車在世界上第二，就沒人敢説第一

這也是中國與一帶一路切實合作的契機，是現成的適合中國製造、海外安裝的東西。海上拖帶是超重設備遠程運輸最便利的方式。比如説，中國製造，然後海上拖帶到韓國、日本、越南、菲律賓、印度尼西亞、泰國、馬來西亞、太平洋島國等，這是現成的市場。

海上電纜鋪設也是中國的強項。加上海上維修，這是一門回頭客的生意。海上裝備、特種船、海上工程服務，都是新的增長點，而且是有很大就業需求的的行業。同時，海上風電建設也容易避開了陸上項目必然要涉及的僱傭本地勞動力的問題，政治上相對不復雜。

中國海上風電起步較晚，但已經在大幹快上了。不過這裏還是坐底建造的，除了海上作業，與陸上沒有多少不同。要是半潛結構和海水浮力，在起豎前在接近海面的位置吊裝，作業簡單得多，也不需要大型浮吊。安裝完畢後再向半潛體注入壓艙水，下沉、扶正

海底電纜鋪設已成中國強項

亞洲的海上風電現在還落後於歐洲，但將成為未來熱點，超過歐洲和北美之和

日本其實是海上風電的“富礦”，如果中國製造有足夠的競爭力，把日本市場吃下來也是可能的，中國造船已經把日本造船打到後排去了

越南是另一個潛在市場。中越關係政冷經熱未必是海上風電的阻力

在格拉斯哥COP26之後，煤電成了過街老鼠，天然氣發電也只能是過渡，核電有過不了的公眾輿論關，陸上光電、風電也有各自的問題。海上風電不僅避免了陸地風電的很多問題，還有望與氫相結合，解決儲能問題。

工業制氫是很成熟的技術了。但用化學反應從碳氫燃料制氫被成為“黑氫”，一點不解決環保問題。加上碳捕捉後，“黑氫”可變身為“藍氫”，洗綠了一點，但還是不夠。只有電解水制氫才是“綠氫”，不產生任何碳排。但陸上風電資源豐富的地方也常常是缺水的地方，風電與“綠氫”相結合不容易。海上就沒有水源的問題了，海水可能是世界上空氣之外唯一取之不盡、用之不絕的資源。

不過海上風電不能直接用於電解水制氫，需要先將海水淡化，否則淡鹽水電解後，也會產生鹽酸和燒鹼。鹽酸和燒鹼是重要無機化工原料，但用不了那麼多。直接排放到大海里，則有污染問題，影響海洋生態。海水淡化會產生鹽水，形成熱點的話，對海洋生態也是有破壞，但畢竟是酸鹼中性的。

製取氫之後，可以液氫暫存，用船運運回大陸就新，不需要用成本更高、維修困難的液氫管道。同時製取的氧也可以液氧形式運回大陸。液氫和液氧都不好伺候，但都沒有形成污染的危險，一旦在海上發生泄露，不會形成“瓦爾迪斯”號漏油那樣的惡性生態災難。但液氫大量運會大陸後，可以作為調峯電力的能源，或者重型卡車、飛機、船艇的能源，家用汽車用氫驅動還是有太多的安全問題。

這需要一定的制氫和儲氫設施。直接與海上風電整合在一起的話，需要平台較大才行，比如多風車的大型浮架。否則在海上風電場裏單獨建造一個浮島也是可以的。

海上制氫還可以和網箱海帶養殖結合起來，製造生物柴油。生物柴油在燃燒的時候是有碳排的，但海帶在成長過程中是吸碳的，所以生物柴油是碳中和的。有了氫再製取生物柴油不是無事生非。柴油存儲容易，常温常壓下單位體積能量密度比比氫高得多，在很多高續航力的場合還是不可替代的。

海上製取的氫還可以用於煤轉油。現有的煤轉油是高碳排的，不宜作為長線發展技術。煤是長鏈碳氫化合物，柴油也是長鏈，但比煤短。煤轉油工藝在本質上是把一部分長鏈裏的碳消耗掉，在轉化成工藝熱能的同時，釋放出氫，然後在把剩餘長鏈打斷的過程中，把氫“打入”產生的短鏈，形成柴油。這是高耗能、高碳排的過程。然而，已經有了海上風電製取的“綠氫”，就跳過了煤轉油中最耗能、最高碳排的部份。這不是碳中和的，但與植樹造林相結合，還是可以在總體上達到碳中和的。

即使在碳中和的時代，生物柴油、合成柴油依然會存在。