或許有一天，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠會(huì)離開(kāi)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(chǎng)災(zāi)難導(dǎo)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(jìn)口量，日本政府意欲逐步恢復(fù)48座核反應(yīng)堆的運(yùn)行。然而，面對(duì)日本民眾高漲的反對(duì)之聲，核反應(yīng)堆重新啟動(dòng)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(lái)襲時(shí)，維持安全的電力供應(yīng)。因此，日本需要另辟蹊徑，實(shí)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(kāi)發(fā)海上平臺(tái)的挪威Sevan Marine公司提出了一個(gè)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(wàn)千瓦電能。這個(gè)建議獲得了日本國(guó)土交通省的好評(píng)，因?yàn)樵谶@個(gè)群山綿延的島國(guó)，適于建造能在地震和海嘯中安然無(wú)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(bǔ)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(fù)責(zé)人，他說(shuō)：“我們初想到建造浮式電廠是在2006年。那時(shí)候，我們正在探索能夠通過(guò)將沒(méi)有商業(yè)價(jià)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(lái)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?xì)怆姀S。”閑置天然氣是海上石油和天然氣鉆井平臺(tái)生產(chǎn)作業(yè)的副產(chǎn)品。從那時(shí)起，西門子一直在參與這個(gè)項(xiàng)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(bǔ)充道。

Major指出，“在遼闊的大海上，海嘯和地震不會(huì)造成毀滅性的破壞。事實(shí)上，水深只需要達(dá)到50米以上即可。浮式電廠必須距離陸地多遠(yuǎn)，取決于沿海海床的陡峭程度，以及其與航道和居住區(qū)之間的小安全距離。”

Sevan Marine公司將為浮式電廠提供由直徑達(dá)106米的圓柱形船體構(gòu)成的基座。龐大的船體將通過(guò)鏈條，被錨定到海床上的三個(gè)點(diǎn)。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(shí)配備了燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)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(xiàng)技術(shù)與海上風(fēng)電場(chǎng)所用技術(shù)*相同，不過(guò)，由于浮式電廠要儲(chǔ)存大量易燃?xì)怏w，它還將采取額外的安全措施。取決于電廠所在地點(diǎn)，既可以由油輪為其供給LNG，也可以通過(guò)陸上管道，向其輸送天然氣。電廠的7個(gè)LNG儲(chǔ)罐可以儲(chǔ)存近20萬(wàn)立方米燃料，這足夠它以70萬(wàn)千瓦的發(fā)電功率運(yùn)行30天時(shí)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(tái)和液化天然氣儲(chǔ)罐可由日本造船廠制造。

能效高達(dá)近55%

另一方面，西門子將提供兩套35萬(wàn)千瓦的發(fā)電裝置。每套發(fā)電裝置都將配備5臺(tái)SGT 800燃?xì)廨啓C(jī)。這是一款經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)的燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)，譬如，它也被用于大型工業(yè)設(shè)施。每臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)都將連接一臺(tái)余熱鍋爐，后者可利用燃?xì)廨啓C(jī)排放的尾氣來(lái)生產(chǎn)蒸汽，以供蒸汽輪機(jī)及其配套發(fā)電機(jī)用于生產(chǎn)更多電能。這樣一來(lái)，這套發(fā)電裝置的總能效將達(dá)到近55%。發(fā)電量還可以通過(guò)關(guān)閉和開(kāi)啟個(gè)別燃?xì)廨啓C(jī)，按7萬(wàn)千瓦的步長(zhǎng)進(jìn)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(gè)日本項(xiàng)目開(kāi)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(shí)踐中證明了其價(jià)值的現(xiàn)有技術(shù)。” 西門子還將負(fù)責(zé)通過(guò)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(gè)概念的關(guān)鍵要素之一，是平臺(tái)的圓柱形設(shè)計(jì)。這種圓形漂浮物在波濤中移動(dòng)的方式，不同于狹長(zhǎng)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(jī)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(lái)，在北海和巴西海岸用作海上鉆井和開(kāi)采平臺(tái)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(zhǎng)的船身則不得不隨波旋轉(zhuǎn)，才能讓船頭昂起，故要求通過(guò)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)來(lái)輸送電能。當(dāng)前市場(chǎng)上的旋轉(zhuǎn)式輸電技術(shù)，只能達(dá)到1-2萬(wàn)千瓦左右。

只是，這樣的解決方案是否經(jīng)濟(jì)劃算？Kaarstad說(shuō)：“距離海岸越近，輸電費(fèi)用越低。然而，電廠選址還必須考慮到諸如漁場(chǎng)和主要航道等其他因素。”無(wú)論如何，日本都要進(jìn)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(gè)優(yōu)點(diǎn)，是它不需要任何冷卻塔，因?yàn)橹車暮Ｋ軐⒅鋮s。當(dāng)?shù)卣饘?duì)陸地電廠造成損壞時(shí)，海上電廠還能作為重要的備用系統(tǒng)。

西門子SGT-800燃?xì)廨啓C(jī)十分靈活，可以快速啟停，因而是應(yīng)對(duì)迅速變化的需求尖峰的理想之選。

如果未來(lái)日本要大規(guī)模利用海上風(fēng)電，這個(gè)系統(tǒng)也允許實(shí)現(xiàn)另一個(gè)創(chuàng)意。Kaarstad說(shuō)：“浮式燃?xì)怆姀S可以與海上風(fēng)電場(chǎng)相組合。”這是因?yàn)?，海上風(fēng)電場(chǎng)要求為輸電系統(tǒng)提供中央平臺(tái)。如果同時(shí)在這個(gè)平臺(tái)上安裝了LNG發(fā)電裝置，那么，它就可以彌補(bǔ)風(fēng)力發(fā)電量的波動(dòng)。這樣一來(lái)，風(fēng)電場(chǎng)就可以持續(xù)供應(yīng)電能，同時(shí)更好地利用其輸電線路，因?yàn)槊慨?dāng)風(fēng)力不足時(shí)，都將使用天然氣來(lái)發(fā)電。在日本安裝這樣的海上風(fēng)電設(shè)施頗具挑戰(zhàn)，因?yàn)槿毡竞０兜南陆岛芏?，不能采用類似于北海淺水區(qū)的方式，將風(fēng)電機(jī)組固定到海床上。然而現(xiàn)在，在一個(gè)名為“Fukushima Forward（福島向前沖）”的計(jì)劃中，日本正在福島海岸附近，建造配有浮式風(fēng)電機(jī)組的示范風(fēng)電場(chǎng)。不論這個(gè)項(xiàng)目后怎樣發(fā)展，來(lái)自Sevan Marine公司和西門子的團(tuán)隊(duì)都準(zhǔn)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(diǎn)，我們就能在4年之內(nèi)將這樣一座電廠投入運(yùn)行。”