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圆筒式浮动平台是承载海上风电机的王者

已有 551 次阅读 2024-5-21 23:57 |系统分类:海外观察

之所以说圆筒式浮动平台能有王者之称是因为让一座风电机座落在一台该类浮动平台上,就象搭便车,可以说不用多花一分钱,还可以赚回一些。下面我就来解释一下天下为什么有这么好的事,希望还在开发海上漂浮风力发电机的单位公司们有机会阅读后,三思而行, 如果你们还在研发什么新型的半潜式浮动平台,有没有必要再继续下去就看你们的智慧了。

圆筒式海上浮动平台(spar platform),顾名思义,就是看上去像个圆筒,至今主要用于深远海钻井采取生产石油天然气。一个直径六十五米,高二十米的圆筒式浮动平台,承载一台高达二十兆瓦的风电机,会有满意的稳性强度和耐波性能,在绝大多数时间内,整个机组的摇晃幅度不会超过一度,足以满足安全运行要求。原理跟船一样,当排水吨位与尺寸相对海洋波浪足够大了,波浪的危害破坏作用就小了。钢筋混泥土是作为结构材料的合理选择。首先钢筋混凝土更适合海洋工作环境,钢结构一般几年后因海洋环境腐蚀就锈迹斑斑了。另外就是材料价格便宜。一台直径六十五米,高二十米的圆筒式浮动平台用二万五千至三万吨混泥土,二千五百吨钢筋来建造,就坚固结实,像个巨型堡垒。再则,建造简单,利用传统的高楼大属,高架桥或跨海大桥的建造方法就可以了。如果要提高建造效率,也适合用模块组装。

圆筒式浮动平台的最大特点是其排水量大,也就是说承载能力强,内部可利用空间大。显然,它可以作为一个共享平台,不仅仅用来承载风电机,也可以在其底层建造循环水养殖系统(RAS),中层空间设置数据中心或其它生产设施,就地消纳风电电能,上层部分可以用来进行垂直蔬菜水果种植,顶层甲板可以光伏发电约六百千瓦。

我们先来看看鱼类养殖。一台二十兆瓦风电机重约一干吨左右,座置于一百六十米的高度,为了防止整个装置倾覆,必须在圆筒式浮动平台的底部放置压舱材料与之相衡。因为圆筒平台内部空间大,我们就可以利用不费钱的一万吨以上的水作为压舱材料来替代石头或其它材料。挪威那个Hywind圆柱型浮动体为了与风电机相衡竟然必须使用昂贵的高比重富铁矿石以达到压舱效果。显然,这压舱水也可同时当作养殖水体使用。一般来说,一万立方米水体每年可养殖生产五百吨鱼,可以多达一千吨。这儿我们保守一些,以年产鱼三百吨来进行投资建造核算。

循环水养殖系统实际上就是一个鱼养殖工厂,其特别之处是有一个封闭式水循环系统,让水持续不断地得到除污除氨处理并增氧,让鱼在理想的环境中建康成长,从而为人类提供优质蛋白质。比起一般养殖方法,循环水养殖的主要运行成本是电能,养殖设施也需要不扉的资本投资。一般此类设施主要用于高价值鱼类的养殖生产,例如三文鱼,石斑鱼或大黄鱼等等。

假设循环水养殖系统饲养一公斤鱼收费二十元,这儿不计电费,人工和饲料费用,年产三百吨的话收入就是六百万元。如果设施投资为五千万元,年回报率就是百分之十二,比银行贷款利息要高,也就是说投资的话有利可图。现在来看承载二十兆瓦海上风电机的圆筒式浮动平台的造价。上面提到,建造这样一座浮动平台需要三万吨混泥土和二万五千吨钢筋,需要三十万工时来建造。以每吨混泥土价格三百元,钢筋五千元,人工每小时三十元计算,建造费用为三千万元上下。循环水养殖系统需要的水池和水输送管道系统可以算在建造费用内。显然,投资五千万元足够建造一座包括有一万至一万五千立方米水体循环水养殖系统的圆筒式浮动平台。我们知道,陆地上的循环水养殖系统的一大运行成本是电费,因为让水不断地循环非常耗电。但是设置在海上浮动平台,就可以直接利用浮动平台上的风电机生产的廉价电能,同时也省去了可观的输电费用。就现在的风电机价格,如果免费使用浮动平台,风能发电的成本不会超过一毛钱,远低于陆地上的价格。同时.,也可以使用波浪能来驱动水循环。

能吃上高质量的鱼肉多花每公斤二十元,我想绝大数人是能接受。目前市场上的鱼类大都是人工养殖的,因为高密度养殖,水质就会污染引起鱼病,为了减少死亡率,有时会过度使用抗生素类药物,所以一般食鱼的口感都有问题。举个例,市场上的大黄鱼一般价格在每公斤三十至四十之间,如果是在深远海养大的,价格就会翻倍,有报道称价格能够高达二百元,甚至四百元。这说明了还是有人愿意花高价买高品质的健康食物。所以六十元一公斤优质大黄鱼的价格是合理的。如果所有人都能吃上优质健康食鱼,也就意味着人们的生活水平得到了真正的提高。

前面提到,在圆筒平台的中部空间可以设置数据中心和/或其它耗电的生产设施。拿数据中心作例,二十兆瓦风电机在深远海区可以在至少百分之七十的时间里满足一个十兆瓦功率的中型数据中心的用电需求,余下时间里的用电需求可以通过电能储存如风电电解产氢储存或化学电池。再则,数据中心在其它地方有它的备用设施或平行运行的数据中心以在必要时替代。电费是数据中心的主要运行成本,其运行商会乐意使用就地生产的廉价的绿色电能而租用浮动平台把数据中心设置在那里,这样又可以省下不少的输电网费。这样一座十兆瓦的数据中心粗估每年用电最少二千万度,假如运行商每年以每度电五分钱来支付租金,也就是说把省去的输电网费的一部分当作租金,这样,浮动平台每年又有至少一百万元的收入了。

一台二十兆瓦的海上风电机每年可生产七至八千万度电。假设全部电量就地在浮动平台上消纳,电能消费方以每度电五分钱支付设备用地租金,浮动平台每年的租金收入至少是三百五十万元。加上循环水鱼养殖系统的年六百万元的收入,相对五千万元的资本投资,回报率是可观的,更不要说还可以免费搭载一台二十兆瓦的大型风力发电机。

植物种植工厂越来越普遍,其最大优点是植物生长不用受外界气候影响,最大缺点是能源消耗成本,它需要保暧,也需要人造光照,也就是说需要热能和电能。把植物种植工厂设置在圆筒式浮动平台的上层部分,就可以充分利用那些设置在中层部分的数据中心或其它生产设施运行所产生的废热。前面提到,让风电就地消纳,价格远低于陆地上的商业电价。顶层甲板上可以设置六百千瓦光伏发电装置,发电成本就现在的光伏组件价格在每度电一毛钱右左,可以满足植物生长需要的一部分光照用电。圆筒式平台的水平面面积约三干多平方米,相当于四亩田,使用垂直种植方式,二十层的话就相当于八十亩种植面积,种植水稻小麦的话,每年可以有六季收获,总共年产量相当于陆地上四百八十亩一般田地的产量了。这比上山种水稻的成本应该低吧。

就目前所知,世界上半潜式浮动平台的最好设计是美国的Windfloat,其钢材用量是每兆瓦三百吨,由此推算,建造一台用于承载二十兆瓦风电机的半潜式浮动平台需要六千吨钢材,以一吨钢材价格相当于十吨混泥土计算,六千吨钢材的价格也就相当于三千吨钢加上三万吨混泥土,也就是说,这半潜式浮动平台的结构材料成本与圆筒式浮动平台相同。我这儿没有资料进行建造成本比较,事实是中国有丰富的建筑劳动力,而电焊工种对技术要求是非常严格的。不管怎样,圆筒式浮动平台的使用价值远高于半替式。再有,圆筒式浮动平台的设计寿命一般为一百年,而半潜式只有二十年。



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1 王安良

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