美國海上風電需要克服的關鍵障礙:併網

零散的方法可能會導致電力系統過載和深海電纜纏結

羅德島州布洛克島附近的通用電氣-阿爾斯通布洛克島風力發電場。

去年5月,在新英格蘭曾經最大的燃煤發電廠的兩個500英尺高的混凝土冷卻塔底部周圍安裝的一圈炸藥將它們炸燬。

18秒內,它們化為塵土和碎石。然後在二月份,發電廠的四個佈滿菸灰的煙囪像磚頭樹一樣被推倒。

布雷頓角發電廠的拆除是馬薩諸塞州薩默塞特(人口17,896)居民面前上演的全國能源戲劇的驚人第一幕。


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第二幕——仍在緩慢展開——始於在清理過的場地建立安巴里克可再生能源中心的提議。其中包括翻新的海港計劃、用於製造和組裝海上風力渦輪機部件的設施,以及最先進的電纜連線,將海上多個風力發電場的電力引入。

這是東海岸上下正在進行的一系列轉型的第一個,旨在支援七個州計劃的16個海上風力發電場。這些努力估計總共將耗資700億美元。它們是更大的計劃的一部分,最終將美國兩個海岸都轉向海上風能和其他清潔能源。

美國的海上能源資源非常豐富,但聯邦政府的開發計劃仍然是一個存在巨大差距的難題。尚未完成的是對新興行業的監管。其他需要解決的問題包括用於將渦輪機連線到國家電網的基礎設施。

這些延遲始於過去十年能源規劃的政治轉變。海上風電在奧巴馬政府的最後幾年開始蓬勃發展,最終在2015年舉行的白宮峰會上達到頂峰,該峰會估計到2030年將產生22,000兆瓦的“清潔和豐富的能源”。這足以供450萬個家庭用電。

能源部和內政部在峰會上釋出了一項研究報告,預測美國海上風電的潛力“相當於該國電力需求的兩倍左右”。它補充說:“我們相信,我國正處於強大的國內海上風電行業的前沿。”

能源部向各州提供撥款,以建立“區域路線圖”,這將建立一個“合作路徑”,以實現建立美國供應鏈所需的“規模經濟”,創造數千個就業機會。

該計劃還吸引了數十家大型歐洲公用事業公司以及已經有建設海上風電場經驗的石油和天然氣公司。美國技術公司渴望幫助分配沿海地區產生的大量電力。

其中一家公司是位於馬薩諸塞州的安巴里克開發合作伙伴有限責任公司。它確定,只有東海岸的少數幾個地方具有高效連線大量海上電力的合適特徵。它將布雷頓角描述為“電網上最強大的接入點之一,可以連線大量海上風電”。

舊的發電廠有現有的陸上電力連線。安巴里剋制造海底電纜來傳輸高壓直流電,它認為這是從海上引入大量電力的最有效方式。

安巴里克發言人艾琳·克拉克解釋說:“我可以在直流電纜中輸入1,200兆瓦。如果我必須將其轉換為交流電,則需要九根這樣的電纜。”

安巴里克的想法是,布雷頓角可以成為海上能源行業的樞紐。其中一部分將包括在不需要時使用電池儲存海上能源。克拉克承認,直流電纜比交流電纜更昂貴。但她說,它們可以更快、更經濟地處理東海岸預見的鉅額海上能源。

安巴里克海上風電專案負責人凱文·諾布洛克在最近舉行的虛擬論壇上解釋說——這是海上風電行業為討論其問題而舉行的幾次會議之一——各個州正在將海上風力發電場的計劃與將其與陸上電網連線的輸電線路捆綁在一起。

他斷言:“我認為人們越來越意識到,這並不能讓我們完全實現目標。我們現在應該仔細考慮並規劃。”諾布洛克指出,必須為海上連線和陸上分配製定計劃。

他補充說:“我們正在討論大量注入的海上風電”,並指出該系統必須具有靈活性;“在大風天氣,我們需要能夠將電力改道到其他地方。”

新英格蘭風能區是位於相對較淺的大西洋水域的1,418英畝的區域,由內政部海洋能源管理局劃定用於風力發電場租賃。它是美國最大的此類區域,位於薩默塞特以南僅37海里處。

在馬薩諸塞州和其他附近州進行的租賃拍賣之後,該區域現在計劃成為六個風力發電場的叢集。其中大多數的主要所有者是丹麥、西班牙、葡萄牙、挪威、英國和荷蘭的能源或石油和天然氣公司,他們沒有看到需要更協調的美國海上電網系統。

結果可能是從各個風力發電場引出的多條水下電纜相互纏結,為馬薩諸塞州、紐約州、康涅狄格州和羅德島州的多個點供電。

安巴里克的克拉克解釋說:“這真的是有點巴爾幹化了。”

她指出,歐洲各國政府在個別公司或省份參與之前就制定了其海上輸電系統的需求。在馬薩諸塞州的這種情況下,安巴里克所能做的最好的事情是與布雷頓角的再開發商達成協議。根據克拉克的說法,該協議規定,安巴里克擁有建造高壓直流電纜的獨家權利——如果需要的話。

“別人的問題”

到目前為止,各州已經選擇了沿東海岸的幾個海上風電“樞紐”:布雷頓角;另一個位於新澤西州塞勒姆附近的特拉華河沿岸;第三個位於弗吉尼亞州的漢普頓路;以及將在紐約和其他州選擇的許多其他海港。

塔夫茨大學領導一個跟蹤海上風電發展團隊的結構工程師埃裡克·海因斯預測,如何開發簡單且具有成本效益的電網基礎設施,並在未來幾年實現更多增長,這將是每個樞紐的問題。

他擔心“在美政府在這個問題上站穩腳跟之前”,現有租賃所有者將“抓住所有可用的接入點”。

雖然歐洲公司在歐洲的開創性努力中吸取了寶貴的教訓,但海因斯認為美國不應依賴他們來制定影響國內輸電系統的政策。

“僅僅試圖完成單個專案的個別開發商會擔心其餘的連線嗎?那是別人的問題,而別人是美國人民。”

海因斯看到了兩種可能的情況。“如果每個專案都將自己的電線連線到電網”,他說,“它們將使電網過載。電網還沒有準備好接收所有這些電線。”

第二種情況將透過在海上和陸地上建立電網網路來避免他所謂的“海洋中的義大利麵條”,這些網路可以“以文明的方式輸送這種電力”。它還將允許未來的擴張。

從緬因州到北卡羅來納州的幾乎每個州以及更南端的主要城市都設定了到2050年減少氣候變化排放的目標。

“現在的問題是,我們將如何合作並完成它?這讓人感到充滿希望,不是嗎?經過這麼多年的疑問我們是否會被全球變暖擊敗。我們實際上有機會與之抗爭。”

海因斯的小組在美國海上專案中找到了一些歐洲公司的盟友。

德國開發商Energie Baden-Württemberg AG新專案總監斯特凡·坎西說:“公平地說,輸電是將海上能源帶到[東]海岸的最大障礙。”

他在一個虛擬論壇上斷言:“在某個時候,我們必須摒棄短視的個別方法,更多地進行跨境對話。必須有人承擔責任。”

更多挑戰

至少還有其他三個問題可能會困擾美國的海上風電開發。

其中之一是美國特有的問題,由已故的華盛頓州共和黨參議員韋斯利·利維西·瓊斯發起。他希望幫助西雅圖航運公司在第一次世界大戰後獲得更好的商業地位。他的解決方案是1920年的《商船法》,多年來該法案已被稱為著名的《瓊斯法案》。

他的方法是禁止在未懸掛美國國旗且未由美國公民擁有的船舶上在美國各點之間運輸乘客或商品。他的直接目標是禁止外國船隻向附近的阿拉斯加城市供貨。

瓊斯不太可能想象美國會選擇摩天大樓大小的、基於海洋的風力渦輪機作為應對氣候變化等威脅的主要防禦措施。多年來,他的法律被用來建立美國海事產業。很難獲得繞過它的法院豁免。

即將於東海岸啟動的建設專案將需要大量的“渦輪機安裝車輛”,有時稱為“自升式船”。它們配備大型貨艙和重型起重機,用於在海底運送、吊起和安裝巨型風力渦輪機的部件。

建造它們的成本可能高達每座 5 億美元,而且全世界只有少數幾座。美國一座也沒有。為了規避《瓊斯法案》,最近在弗吉尼亞海灘附近建造的兩座渦輪機必須由一艘從歐洲運來的船隻進行維護,並且為了法律目的,該船隻的基地設在加拿大新斯科舍省的哈利法克斯。

美國的專案還需要大量中型專用船隻,作為多達 40 名技術人員的浮動酒店和倉庫,這些技術人員將輪流進行為期兩週的輪班,以建造和維護正在興起的渦輪機群。

在美國造船廠積壓訂單的情況下,這一切將如何發生,提出了另一個難題。

接下來是誰將獲得建造和運營海上風電場的工作的問題。一些控制海上租賃權的外國所有者表示,他們將僱用一些美國工人。

對於國際電氣工人兄弟會公用事業部門主管唐尼·科爾斯頓來說,這還不夠。

科爾斯頓在最近的虛擬行業論壇上說:“很明顯,我們認為美國工人不僅應該從事陸上工作,還應該從事海上工作。我們有能力進行調整。”

兩位總統候選人將如何適應美國蓬勃發展的海上風電產業,是另一個問題。到目前為止,他們幾乎沒有對此發表任何言論。

特朗普總統將大部分時間花在能源問題上,試圖恢復煤炭工業,他曾發過一些推文,聲稱風力渦輪機“殺死所有鳥類”,並且它們的聲音甚至可能導致癌症。

前副總統、民主黨總統候選人喬·拜登來自特拉華州,這是一個沿海州,當地的政治家十多年來一直支援海上風電。 2012 年,他在他的母校特拉華大學就這個主題發表演講。

他說:“這意味著就業、就業、就業、就業、就業,這些就業機會是無法出口的。”

經 E&E News 許可,轉載自 Climatewire。E&E 在www.eenews.net提供重要的能源和環境新聞的每日報道。

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