能源的未来在风中飘荡

乘客倚着渡轮栏杆，可以隐约看到远处布洛克岛海岸三英里半处四座已完工的风力涡轮机。这些灰色的工业塔楼与夏日天空的朦胧蓝色和大西洋灰绿色的海水截然不同，但差别不大。从这个距离看，它们是繁忙海景的延伸，到处都是来自大陆的渡轮、渔船和游艇，偶尔还有冒险的滑翔伞者。

这些涡轮机是最近建成的布洛克岛风力发电场的一部分，这是美国第一个海上风力发电场。与欧洲和亚洲的大型海上风力发电场相比，这个试点项目显得微不足道，但它是一个开始。

美国能源部对海上风能潜力的评估发现，美国沿海有超过 32 万平方英里的水域，如果充分利用，可以产生 4,150 千兆瓦的电力。相比之下，2012 年全美所有发电厂的发电量为 1,100 千兆瓦。

这是一个巨大的潜在能源，但首先必须有人证明这是可行的。全国各州，尤其是邻近的马萨诸塞州、纽约州和其他东北部各州都在关注布洛克岛项目，看看实验结果如何。

与巨人见面

远离保护海港的岩石防波堤，海岸线逐渐变软，植被和点缀着房屋和旅馆的山丘开始出现。然后，岛屿突然变成了顶部有灯塔的悬崖。在那之后，涡轮机拔地而起，像没有围栏的栅栏柱一样，以长长的曲线点缀着地平线。

靠近亮黄色的地基，灰色的尖顶显得十分巨大，高达 589 英尺，甚至比大型船只还要高。站在涡轮机的底部，很容易想象自己站在《世界大战》中的三脚架脚下。

最后第五台涡轮机的建造于 8 月中旬完成，在建造期间，海上又出现了一艘巨轮。挪威“勇敢燕鸥”号是一艘巨大的船，它横渡大西洋，帮助安装五台涡轮机。这是一艘被称为 Windcarrier 的安装船，看起来像是小型航空母舰和石油钻井平台的混合体，靠四条可调节的腿悬停在海面上。

“勇敢燕鸥”号船上有一台起重机，用于安装涡轮机，将塔架的各个部件拖到去年夏天建造的钢制平台上。这项工作是美国其他任何船只都无法完成的——因为这是美国第一个海上风电场，许多支持基础设施（如“勇敢燕鸥”号）都需要进口。

这些涡轮机是国际合作的产物。GE Haliade 涡轮机由法国、西班牙、丹麦和路易斯安那州分批建造，从绘图到完工经历了漫长的全球旅程（这在很大程度上是因为该设计最初归法国公司阿尔斯通所有，而该公司的电力部门最近被 GE 收购）。

项目

GE 项目总监 Eric Crucerey 向《大众科学》透露，该项目涉及 8,000 个计算案例，耗时一年，GE 的工作人员在此期间设计了高科技涡轮机。

涡轮机采用直接驱动技术，不再需要变速箱，而旧型号的涡轮机需要变速箱将涡轮机的旋转叶片与发电机连接起来。

人们希望，由于运动部件（如变速箱中的齿轮）减少，发生故障的机会也会减少，从而减少海上结构所需的维护量。

这些涡轮机设计为独立式，每个涡轮机都自主运行。涡轮机可以感应风力，调整其巨型机舱的位置，甚至可以调整各个叶片的倾斜度，以最有效地捕捉风力。

“每台机器都单独分布在海上，但却与许多办公室相连，”Crucerey 说。

虽然涡轮机能够自主运行，但当地能源公司、通用电气和深水风能公司将密切监控涡轮机的运行进度。除了监控发电进度外，各利益相关方还将关注涡轮机在北大西洋恶劣的海水中的表现。

这些涡轮机的设计能够抵御每天的海浪和风，并涂有涂层以抵御腐蚀性盐雾，并去除冬季叶片上可能结的冰。这些涡轮机的设计还能抵御东海岸可能出现的自然灾害，如飓风，以及地震等意想不到的灾害。

由于塔内装有如此多的计算设备，与外部空气相比，中央塔的气压略微为正。这意味着零散的盐雾（对任何电气设备都有害）无法随工人进入塔内。

工人们必须定期对涡轮机进行维护，乘船前往涡轮机，通过梯子爬上钢制底座，然后乘电梯穿过涡轮机塔。工人不太可能在暴风雨中待在涡轮机旁，但为了以防万一，有后备计划可以安全撤离工人。每位进入涡轮机的工人和游客都必须接受培训课程，该课程详细说明了紧急情况下的逃生方法。

“有很多系统可以确保不会发生这种情况（撤离），但我们必须考虑所有因素，”克鲁瑟里说。有两种方法可以撤离：通过直升机停机坪，或使用从直升机停机坪操作的手动速降系统。

“你登上直升机停机坪，连接到系统，”克鲁瑟里微笑着停顿了一下以突出效果。“然后你跳下去。”

迈向未来

在某种程度上，这个项目是美国能源市场迈向未知领域的一次飞跃。这些涡轮机标志着可再生能源倡导者的第一次尝试，但也有批评者谴责风力发电场的外观不美观，并抱怨风能成本高昂。

Deepwater Wind 表示，这五台涡轮机将为布洛克岛和大陆提供电力，将使布洛克岛居民的电费减少 40%。布洛克岛曾经是全国电费最高的地区之一，目前依靠柴油发电机供电，其中一台发电机于今年夏天起火。

该州公用事业委员会已同意在未来 20 年内购买风力发电厂的电力，虽然预计成本可能低于布洛克岛民习惯支付的价格，但高于其他人习惯支付的价格。针对该购买协议的诉讼称，风力发电厂生产的电力仍将比大陆更传统的发电方式生产的电力贵得多。该诉讼于今年夏初被驳回，但未来风力发电厂生产的能源的相对成本仍有待观察。

然后是初始成本。建设基础设施（包括涡轮机）以及涡轮机与国家电网之间的连接成本很高。能源公司国家电网耗资 1.07 亿美元从布洛克岛到大陆铺设了一条电缆，这条电缆将在刮风的日子将风力发电场的多余能源输送到大陆，在天气平静时将大陆的能源输送到岛上。Deepwater 估计，建造五台涡轮机的成本约为 3 亿美元。未来的项目将安装更多的涡轮机，因此成本可能会更高。

然而，推进这一项目通常成本高昂，许多其他州和地区都争相投资布洛克岛风电场这样的项目。

位置，位置，位置

美国国家可再生能源实验室 (NREL) 海上风电经理 Walt Musial 表示：“这是美国海上风电行业的第一个滩头阵地。我认为这是目前美国众多项目中的第一个。”

穆西尔在过去 12 年一直领导国家可再生能源实验室的海上风电项目，他指出，目前有多个海上风电项目正在筹备中，但这是第一个成功进入建设阶段的项目。

下一个进入建设阶段的项目是长岛附近的 90 兆瓦（15 台涡轮机）风力发电站，同样由 Deepwater Wind 建设。该风力发电站预计位于离岸 30 英里处，涡轮机位于地平线之上，从岸上看不到，消除了人们对涡轮机在海景中出现的担忧。

但预计其他海上风电场也将很快加入竞争。本月早些时候，马萨诸塞州通过了一项法案，要求能源公司寻求利用海上风电发电。纽约州最近通过了一项类似的措施，要求到 2030 年，该州 50% 的能源将来自可再生能源。减少发电产生的温室气体的努力可能是推动政策制定者摆脱对初始成本的担忧、走向更绿色未来的动力。

穆西亚尔说：“这些由国家主导的政策通常会激励人们启动那些首批项目，然后在这一发展过程中，我们预计会出现维持该行业所需的供应链和基础设施。”

在海上风电方面，与欧洲和亚洲相比，美国在某些方面落后，但差距并不大。

“永远不会太晚，”穆西尔说。“从资源区来看，海上风电毗邻该国一些最大的人口中心，以及该国最大的电力负荷。引入这些电力可能非常方便。”

纽约和波士顿等城市土地面积有限，不适合使用传统的陆基可再生能源，如专用太阳能或风力发电场，而且对电力的需求很高。但这两座城市都位于海岸，电力需求量极大。8 月 15 日，纽约耗电量创下历史新高，在遭受热浪侵袭期间，耗电量达 11,855 兆瓦，为大量空调供电。

虽然东北地区在海上风电方面走在最前面，但五大湖、太平洋西北部和夏威夷等其他地区也紧随其后。

从技术上来说，下一步可能是浮动海上风力涡轮机，西海岸等地由于离岸深水区和频繁地震而被看作是目前才在美国海岸站稳脚跟的海底锚定式设计的替代方案。

但目前，布洛克岛风力发电场的涡轮机正在缓慢转动，风力发电场预计到 11 月将为该岛发电，并最早在明年 1 月向大陆输送电力。届时我们将看到洋流是否会继续刺激海上风力发电行业。