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或許有一天，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠會離開日本海岸，漂到大海上。西門子與挪威的Sevan Marine公司正在研發(fā)這種不受地震和海嘯影響的電廠解決方案。
2011年3月，日本東部發(fā)生地震，海嘯吞噬了沿海地區(qū)的大片土地。這場災難導致福島核電站堆芯熔毀，迫使日本關(guān)閉核反應(yīng)堆。在此之前，核電滿足日本近三分之一的用電需求。現(xiàn)在，為了減少石油和天然氣進口量，日本政府意欲逐步恢復48座核反應(yīng)堆的運行。然而，面對日本民眾高漲的反對之聲，核反應(yīng)堆重新啟動的明確日程依然“猶抱琵琶半遮面”。日本也需要借助更多替代解決方案，在下一次地震來襲時，維持安全的電力供應(yīng)。因此，日本需要另辟蹊徑，實現(xiàn)安全、環(huán)保的電力供應(yīng)。
浮式電廠
為此，2014年秋季，專為石油和天然氣行業(yè)開發(fā)海上平臺的挪威Sevan Marine公司提出了一個非同尋常的建議。攜手西門子，Sevan Marine公司提出了建造能夠停泊在海上的浮式電廠的概念。譬如，這樣一座電廠可以使用液化天然氣（LNG）發(fā)電，向陸地輸送70萬千瓦電能。這個建議獲得了日本國土交通省的好評，因為在這個群山綿延的島國，適于建造能在地震和海嘯中安然無恙的礦物燃料電廠的地方不多。此外，許多人都不愿讓發(fā)電站建在自家附近。
補給船停靠浮式電廠的方案。
Fredrik Major是Sevan Marine公司的業(yè)務(wù)發(fā)展負責人，他說：“我們最初想到建造浮式電廠是在2006年。那時候，我們正在探索能夠通過將沒有商業(yè)價值的所謂‘閑置天然氣’，用作集成了二氧化碳捕集和回注系統(tǒng)的浮式電廠的燃料，來幫助挪威減少二氧化碳的排放。這種浮式電廠，旨在為海上的石油和天然氣設(shè)施供應(yīng)清潔電能，以及向陸上電網(wǎng)輸送電能，以取代不具備二氧化碳捕集和封存能力的燃氣電廠。”閑置天然氣是海上石油和天然氣鉆井平臺生產(chǎn)作業(yè)的副產(chǎn)品。從那時起，西門子一直在參與這個項目，設(shè)在奧斯陸的西門子石油和天然氣業(yè)務(wù)部的*工程師Vemund Kaarstad補充道。
Major指出，“在遼闊的大海上，海嘯和地震不會造成毀滅性的破壞。事實上，水深只需要達到50米以上即可。浮式電廠必須距離陸地多遠，取決于沿海海床的陡峭程度，以及其與航道和居住區(qū)之間的最小安全距離。”
Sevan Marine公司將為浮式電廠提供由直徑達106米的圓柱形船體構(gòu)成的基座。龐大的船體將通過鏈條，被錨定到海床上的三個點。上部結(jié)構(gòu)由多層甲板組成，高出水線約50米。電廠將包含一套聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置，這是一種同時配備了燃氣輪機和蒸汽輪機的發(fā)電裝置。它還將具備可以容納約20名工作人員的宿舍，以及用于將電能輸送至陸地的高壓輸電系統(tǒng)。這項技術(shù)與海上風電場所用技術(shù)*相同，不過，由于浮式電廠要儲存大量易燃氣體，它還將采取額外的安全措施。取決于電廠所在地點，既可以由油輪為其供給LNG，也可以通過陸上管道，向其輸送天然氣。電廠的7個LNG儲罐可以儲存近20萬立方米燃料，這足夠它以70萬千瓦的發(fā)電功率運行30天時間。這座電廠還將配備一套再氣化裝置，用于將LNG轉(zhuǎn)換回氣態(tài)，以供燃燒。平臺和液化天然氣儲罐可由日本造船廠制造。
能效高達近55%
另一方面，西門子將提供兩套35萬千瓦的發(fā)電裝置。每套發(fā)電裝置都將配備5臺SGT 800燃氣輪機。這是一款經(jīng)實踐檢驗的燃氣輪機型號，譬如，它也被用于大型工業(yè)設(shè)施。每臺燃氣輪機都將連接一臺余熱鍋爐，后者可利用燃氣輪機排放的尾氣來生產(chǎn)蒸汽，以供蒸汽輪機及其配套發(fā)電機用于生產(chǎn)更多電能。這樣一來，這套發(fā)電裝置的總能效將達到近55%。發(fā)電量還可以通過關(guān)閉和開啟個別燃氣輪機，按7萬千瓦的步長進行調(diào)節(jié)。在瑞典Finspång，西門子的Johan Hansson和他的同事們正在為這個日本項目開發(fā)電廠解決方案，他表示，“我們的解決方案使用的所有技術(shù)都是已在實踐中證明了其價值的現(xiàn)有技術(shù)。” 西門子還將負責通過海底高壓輸電線路，將電廠連接至日本電網(wǎng)。
擬議浮式電廠的橫截面圖
這個概念的關(guān)鍵要素之一，是平臺的圓柱形設(shè)計。這種圓形漂浮物在波濤中移動的方式，不同于狹長的船身。這種圓形漂浮物不是繞縱軸橫搖，繞橫軸縱搖，而是隨波起伏。Hansson解釋道，“相比于快速旋轉(zhuǎn)的渦輪機的臨界值，它的橫搖和縱搖幅度小得多。正因如此，我們才能使用成熟的發(fā)電裝置組件。”多年來，在北海和巴西海岸用作海上鉆井和開采平臺的圓形結(jié)構(gòu)物，已經(jīng)證明它們適于海上應(yīng)用。 其圓形外形，也是使用能輸送大量電能的海底高壓輸電線路的前提條件。圓形船身能夠系泊在固定方向上，而狹長的船身則不得不隨波旋轉(zhuǎn)，才能讓船頭昂起，故要求通過旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)來輸送電能。當前市場上的旋轉(zhuǎn)式輸電技術(shù)，只能達到1-2萬千瓦左右。
只是，這樣的解決方案是否經(jīng)濟劃算？Kaarstad說：“距離海岸越近，輸電費用越低。然而，電廠選址還必須考慮到諸如漁場和主要航道等其他因素。”無論如何，日本都要進口液化天然氣，在海上供應(yīng)這種燃料，比在陸地上更為容易。海上電廠的另一個優(yōu)點，是它不需要任何冷卻塔，因為周圍的海水能將之冷卻。當?shù)卣饘﹃懙仉姀S造成損壞時，海上電廠還能作為重要的備用系統(tǒng)。
西門子SGT-800燃氣輪機十分靈活，可以快速啟停，因而是應(yīng)對迅速變化的需求尖峰的理想之選。
如果未來日本要大規(guī)模利用海上風電，這個系統(tǒng)也允許實現(xiàn)另一個創(chuàng)意。Kaarstad說：“浮式燃氣電廠可以與海上風電場相組合。”這是因為，海上風電場要求為輸電系統(tǒng)提供中央平臺。如果同時在這個平臺上安裝了LNG發(fā)電裝置，那么，它就可以彌補風力發(fā)電量的波動。這樣一來，風電場就可以持續(xù)供應(yīng)電能，同時更好地利用其輸電線路，因為每當風力不足時，都將使用天然氣來發(fā)電。在日本安裝這樣的海上風電設(shè)施頗具挑戰(zhàn)，因為日本海岸的下降很陡，不能采用類似于北海淺水區(qū)的方式，將風電機組固定到海床上。然而現(xiàn)在，在一個名為“Fukushima Forward（福島向前沖）”的計劃中，日本正在福島海岸附近，建造配有浮式風電機組的示范風電場。不論這個項目最后怎樣發(fā)展，來自Sevan Marine公司和西門子的團隊都準備在日本海岸附近安裝其自有創(chuàng)新系統(tǒng)。Major表示，“只要日本方面同意，并且找到合適的建造地點，我們就能在4年之內(nèi)將這樣一座電廠投入運行。”