随风飘扬：重型起重公司如何为海上风力涡轮机的下一轮扩张做好准备

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14 十月 2024

叶片长度堪比足球场，高度堪比埃菲尔铁塔，漂浮式海上风力涡轮机给重型起重公司带来了诸多技术挑战。但或许他们面临的最大难题是如何计算未来几年需要哪些设备才能满足此类起重作业的需求。露西·巴纳德采访了萨伦斯公司，了解该公司如何调整其设备配置以应对不断发展的涡轮机技术和日益严峻的碳排放目标。

海温德苏格兰。照片：萨伦斯

在挪威西海岸的韦尔格兰港，工程师团队正在努力修复的不是一艘，而是五艘庞然大物。

这些巨大的涡轮机从海面到叶片尖端长达 175 米，加上水下 78 米，它们从苏格兰彼得黑德附近被拖到港口进行例行维护工作，实际上比该国最高的摩天大楼还要大得多。

然而，在所有这些之上，耸立着一个更大的怪物——利勃海尔 LR 12500-1.0 桁架臂履带式起重机，方圆几英里都能看到它。

整个夏天，这台 200 米高的起重机一直在作业，由比利时起重专家 Sarens 公司操作，帮助更换所有五台涡轮机的轴承——这项工作需要从海里抓住这个巨大的结构，就像玩一个巨大的“套鸭子”游戏一样，然后还要非常精确地从中拆卸机舱和叶片。

挑战性电梯

“由于塔架的浮力导致塔架上下晃动，同时整个塔架还在潮汐的作用下左右摇摆，我们的团队必须应对风力涡轮机各个方向的运动，”萨伦斯公司高级项目经理威廉·迪特默说道，他参与了吊装作业的策划。“风力涡轮机上每个需要吊装的部件，相对于周围的部件而言，都只有非常小的余量。”

迪特默表示，利勃海尔的 LR 12500-1 履带式起重机，吨位为 2500 吨，特别适合应对浮式涡轮机和其他海上设施的挑战，这些设施往往比陆上设施更大。

“LR12500-1起重机凭借其精准的操作性能，完美地克服了所有这些挑战，”他说道。“我们认为这款机型真正改变了行业格局。”

威廉·迪特默。摄影：萨伦斯

对于以完成最复杂、最困难的电梯项目而建立声誉的 Sarens 公司来说，最具挑战性的计算之一或许是计算出未来几年需要哪些设备才能满足此类电梯的需求。

为此，该公司及其竞争对手必须估算未来几年涡轮机技术的发展趋势，以及各国政府实现日益严峻的碳排放目标的可能性。

传统的海上风电场固定在海床上，仅适用于水深不超过60米的区域。但是，通过安装用缆绳系在海底的漂浮式基础，漂浮式涡轮机可以安装在更深的水域——这有可能开辟电力生产的新领域。

普通海上风力涡轮机的叶片长度通常是陆上同类产品的三倍，相比之下，漂浮式风力涡轮机则显得小巧玲珑。有些巨型漂浮式风力涡轮机的叶片长度堪比足球场，给吊装带来了更大的挑战。

目前，这类海上漂浮式风电项目数量相对较少，全球仅有少数几个运营中的风电场和原型项目。除了苏格兰海风集团（Hywind Scotland）的五台总装机容量为30兆瓦的风力发电机组外，位于阿伯丁金卡丁海岸的五台漂浮式风力发电机组装机容量为50兆瓦。葡萄牙海岸附近的三台风力发电机组，名为“大西洋风浮”（Windfloat Atlantic），装机容量为25兆瓦。位于挪威海岸140公里处的海风集团（Hywind Tampen）是一个拥有11台风力发电机组的漂浮式海上风电场，自2023年以来新增装机容量88兆瓦。中国首个漂浮式海上风电项目——位于北部湾、高达200米的“海游观澜”平台，已于2023年5月投入运营。

萨伦斯公司业务发展总监亨利·弗米伦是负责预测未来重型起重需求的人员之一。他预测，由于漂浮式风力发电装置拥有巨大的发电能力，它们可能会在公司业务中占据更大的份额。

“很难预测起重和施工设备的需求会发生怎样的变化，”他说道。“过去几年，我们看到海上风电场的需求急剧增长。我相信，一旦漂浮式风电项目更加普及，海上风电领域最大的挑战才会到来。届时，我们将面临更重的基础结构，因此起重方式也会随之改变。我认为，届时将需要固定式重型（环形）底座起重机。”

亨利·弗米伦。照片：萨伦斯

根据《巴黎协定》（一项旨在将全球气候变化控制在比工业化前水平高出1.5摄氏度以内的具有法律约束力的国际条约，该协定于2016年由全球195个国家政府签署），各国必须公布国家自主贡献（NDC），详细说明其所有碳排放的目标和政策。这些目标和政策包括各国计划增加可再生能源发电量的计划。

2023 年 12 月，近 200 个国家在迪拜举行的 COP23 气候峰会上达成一致，到本十年末将可再生能源发电量增加两倍，到 2030 年达到 11,000 吉瓦，其中太阳能和风能占新增发电量的 90%。

目前，全球太阳能发电厂的装机容量为1098吉瓦，屋顶太阳能电池板的装机容量为851.4吉瓦。陆上风力涡轮机的装机容量为1029.3吉瓦，海上风力涡轮机的装机容量为95.7吉瓦。

国际能源署预测，按照各国政府的目标，到 2030 年，所有这些行业的装机容量将大致翻一番，达到约 8000 吉瓦，其中海上风电的总体增幅最大。

然而，由于材料价格上涨、利率上升以及获得必要许可证的困难，制造商在建造和安装风力涡轮机方面面临着不断增加的成本，行业逆风仍在持续。

艰难的市场环境导致世界各地大量大型海上项目被取消。

行业面临的挑战

据彭博新能源财经报道，2023年美国超过一半的海上风电合同被取消或面临取消风险。其中包括丹麦涡轮机制造商Ørstead取消了位于纽约海岸的Ocean Wind 1和2项目，该项目在2023年耗资超过30亿美元；以及BP和Equinor取消了1.2吉瓦的Empire 2风电项目。

对于漂浮式风力涡轮机而言，挑战可能更大。漂浮式涡轮机的制造成本远高于固定式涡轮机，而且这项技术仍处于起步阶段。这意味着政府需要投入更多补贴来安装它们。英国2024年9月举行的海上涡轮机合同拍卖中包含每兆瓦时195英镑（255美元）的补贴（见方框）。

不过，Vermeulen 表示，Sarens 正在调整其船队，使其能够承担这类复杂的近海作业。

自 2023 年 4 月接收第一台 LR 12500-1 以来，Sarens 又增加了一台，目前正在等待第三台的交付。

“目前，Sarens 的起重能力足以满足所有起重需求，”Vermeulen 说。“然而，我们在运营的码头仍然面临一些限制，因为许多码头尚未配备支持我们作业所需的设施，或者缺乏装载风电场基础所需的船舶所需的深水区。”

“我们目前面临的主要挑战是涡轮机兆瓦容量缺乏标准化，这使得提前预测项目需求几乎不可能。”

可再生能源目标

中国：过去几年，中国在风电场和太阳能装机容量方面都遥遥领先于其他国家。十年前，中国三分之二的发电量依赖于化石燃料，但过去四年，清洁能源已成为经济增长的主要驱动力。2020年，中国国家主席习近平在联合国大会上宣布，中国的目标是到2060年，非化石能源占能源消费总量的80%以上。为此，他宣布到2030年，可再生能源装机容量将达到1200吉瓦。此后四年，中国大力投资清洁能源，在戈壁沙漠等地区建设了大型太阳能发电基地和陆上风电场——事实上，化石燃料发电量目前已不足中国总装机容量的一半。国际能源署在 2024 年年中估计，中国在建的新风能和太阳能发电厂数量几乎是世界其他地区总和的两倍，中国有望在 2024 年底前实现其目标——比原计划提前六年。

欧盟：作为应对气候变化的长期领跑者，欧盟也面临着因俄罗斯天然气出口削减而导致的能源短缺问题，这促使光伏电池和风力涡轮机的安装量大幅增长。2020年，欧盟提前实现了可再生能源最终能源消费占比20%的目标。2023年，欧盟修订了《可再生能源指令》，为成员国设定了新的约束性目标：到2030年，可再生能源必须占最终能源消费总量的至少42.5% 。欧洲风能协会（Wind Energy Europe）表示，尽管欧盟27国在2023年新增了创纪录的16.2吉瓦风力涡轮机装机容量，但要达到当前目标，欧盟平均装机容量仍需达到29吉瓦。

美国：与此形成鲜明对比的是，美国在唐纳德·特朗普的领导下于2020年退出了《巴黎协定》，但在乔·拜登上台一年后重新加入。拜登就任总统后的首批重要举措之一，就是宣布了一项雄心勃勃的目标：到2030年将温室气体净排放量比2005年水平降低50%至52% ，几乎是特朗普的前任巴拉克·奥巴马所设定目标的两倍。根据拜登政府的计划，美国希望到2030年实现80%的电力来自无碳无污染能源，到2035年实现100%无碳无污染能源。总统的《通货膨胀抑制法案》设立了一系列清洁能源激励措施，旨在鼓励开发更多太阳能和风能发电厂以及储能项目。2021年，拜登签署了一项行政命令，要求联邦机构到2030年采购100%无碳无污染电力。拜登气候承诺的关键支柱之一是他在2021年承诺推动美国新兴的海上风电产业发展，到2030年部署能够发电30吉瓦的海上风力涡轮机，相当于2000多台涡轮机。然而，到 2024 年年中，美国清洁能源协会 (ACP) 预测，由于代价高昂的延误和不断上涨的项目成本促使制造商取消或重新谈判合同，到本十年末，美国将仅安装约 14 吉瓦的海上风电容量。

英国：作为其国家自主贡献的一部分，英国承诺到2030年将温室气体排放量在1990年基准水平上减少68% 。英国新上任的工党政府承诺到2030年将陆上风电装机容量从15吉瓦增加到30吉瓦，并将海上风电装机容量从15吉瓦增加到60吉瓦，翻两番。今年9月，英国政府通过一项价值15亿英镑（约合20亿美元）的拍卖，获得了131个新的清洁能源项目。