通过水下电网传输的海上风电场可能会彻底改变东海岸的能源
强劲的海上风能为海岸线提供大量、稳定的清洁电力。一项研究估计，到 2040 年，海上风电场可以满足预计全球电力需求的 11 倍。美国东海岸是捕获这种能源的理想地点，但也存在一个问题：如何将海上风电场的电力输送到需要的城镇。
虽然每个人都希望自己的家庭和企业能获得可靠的电力，但很少有人支持建设必要的输电线路。这一直是美国和国际上的问题，但随着各国加快建设将消耗更多电力的净零碳能源系统，这正成为一个更大的挑战。
美国能源部和东北部 10 个州的跨区域输电合作组织正在研究一种具有变革性的解决方案：海上电网计划。
该电网的核心是东海岸从北卡罗来纳州到缅因州的骨干输电线路，该地区已有数十个海上风电项目正在筹备中。
该计划预计到 2050 年将支持至少 85 千兆瓦的海上风电，接近美国到本世纪中叶风电装机容量达到 110 千兆瓦的目标，足以为 4000 万户家庭供电，而目前的装机容量仅为 0.2 千兆瓦。美国能源部和东北各州合作组织于 2024 年 7 月通过一份多州谅解备忘录正式确定了他们的目标。
美国能源部、研究公司Brattle和其他团体最新研究表明，海上电网可以缓解陆地上建设新输电线路的关键挑战，并降低海上风电的成本。
削减成本将是一个好消息——海上风电项目成本从 2021 年到 2023 年上涨了50%。虽然一些根本原因已经消退，例如通货膨胀和全球供应链中断，但利率仍然很高，该行业仍在努力在美国站稳脚跟
什么是海上电网？
当今的海上风电项目采用点对点或径向设计，其中每个海上风电场都单独连接到陆上电网。
如果某个地区只有少数几个项目，这种方法是可行的，但由于电缆和其他基础设施，这种方法的成本很快就会更高。它的线路也会对社区和海洋生物造成破坏。而且它需要更昂贵的陆上电网升级。
采用美国能源部所称的“网状”或“主干”设计，协调的海上输电可以避免许多此类成本。
许多海上风力发电厂不会单独连接到陆地，而是连接到一条共享输电线路，该线路将通过战略性放置的“互连点”连接到陆上电网。这样，海上风力发电厂生产的电力将被输送到最需要的地方，即东海岸的上下游。
大西洋大陆架沿线的几个区域已被租赁用于风力发电开发。图片来源：美国内政部，2024 年
更妙的是，陆上产生的电力也可以通过这些共享线路传输，将能源输送到需要的地方。这可以提高电网的弹性，减少陆上新输电线路的需求，众所周知，陆上输电线路很难获得批准，尤其是在东海岸。
协调海上输电是美国早期海上风电规划和开发讨论的一部分。2000 年代后期，当谷歌及其合作伙伴首次提出大西洋风电连接（一个海上输电项目）时，海上可再生能源和整个能源系统的好处令人着迷。当时，美国只有一个公用事业规模的海上风电项目正在筹备中，最终失败了。
目前，美国有53 吉瓦的海上风电项目正在规划或开发中。作为能源研究人员，我们认为协调海上输电对于该行业实现规模化成功至关重要。
海上电网可以节省成本、减少影响
通过使海上风电场和陆上发电机的电力能够输送到更多地方，协调输电可以提高电网的可靠性，使电力能够到达最需要的地方。这减少了对更昂贵且污染更严重的发电厂的需求。
美国国家可再生能源实验室2024 年的一份报告发现，与标准的点对点设计相比，协调设计的好处几乎是成本的三倍。
欧洲、英国和布拉特尔的研究还指出了其他好处，包括减少导致全球变暖的碳排放、减少三分之一的海滩穿越次数以及减少 35% 至 60% 所需的输电电缆长度。
大西洋大陆架沿线的几个区域已被租赁用于风力发电开发。图片来源：美国内政部，2024 年
在美国，海上输电线路几乎完全位于联邦水域，这可能会避免与陆上项目相关的许多冲突，但仍面临挑战。
挑战和下一步
建设海上电网将需要进行一些重大改变。
首先是改变政府激励措施。联邦对海上风电的投资税收抵免至少涵盖了项目前期资本成本的 30% ，但目前无法帮助支付协调输电设计的费用。
其次，规划需要从一开始就考虑到每个人的顾虑。虽然协调输电设计的整体效益大于整体成本，但谁能从中获益、谁承担成本却至关重要。例如，更昂贵的发电厂可能会赚得更少，而一些社区则感到海上开发的威胁。
第三，所有参与方需要加强协调，以便向区域电网输送电力。联邦能源管理委员会最近颁布的1920 号命令要求电力供应商为未来需求做好规划，这或许是一个蓝图，但它并不适用于跨区域项目，例如连接三个地区十多个州的海上输电骨干线。
2024 年 3 月，美国迎来了一个重要的里程碑：美国首个公用事业级风电场South Fork Wind竣工，使美国海上风电装机容量达到近 200 兆瓦。另有 8 个项目正在建设中或已获批建设。这些项目建成后，装机容量将超过13 千兆瓦，大致相当于36 座燃煤电厂的装机容量。
海上输电主干网可以支持海上风电开发和东海岸未来几代人的能源需求。
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