为了在全球范围内达到净零排放，可能需要多达20万台海上风机，发电容量超过2000GW。

 

到2022年底，全世界已经安装了63GW的海上风电。在未来28年内，海上风电需要扩张，使其能够生产目前容量的32倍。

 

但是，我们要把这些额外的海上风电场放在哪里呢？它们的位置将需要选择，以便最大限度地提高其能源产出和社会效益，同时确保它们对环境的影响最小。平衡所有这些因素并不是一个简单的任务。

 

我们需要多大的空间？

 

为了确定在哪里放置新的风机，一个好的起点是确定我们需要使用多少海洋来实现2050年的净零目标。这一计算取决于风机的尺寸、从现在到2050年风电技术可能的发展，以及风电场内风机的具体配置。

 

这些因素共同控制着海上风电场未来的 "功率密度"（power density）--在海洋的单位面积上可以安装多少海上风电容量。实现净零排放所需的数字是每平方公里4MW。这意味着我们需要的海上风电的面积约为50万平方公里，这大约是法国的面积。

 

现有的活动，如航运，使寻找新的风电场位置的过程变得复杂。

 

一旦知道了总的空间，下一个任务就是收集关于制约海洋中基础设施发展的因素的数据。有许多制约因素，从确保有足够的风速让风机转动，到避开航道和海洋保护区，到海床条件是否难以建设。

 

一些类型的制约因素造成了 "禁区"，因为海上风电场会对现有活动造成明显的、不可接受的干扰，如用于军事演习、石油钻探或航道的场地。

 

对于其他的限制因素，这就是要计算出风电场的净影响是否对环境或现有活动有害。确定潜在地点的拥挤程度很重要，因为这为评估一个地点的适合性提供了一个基线或起点。

 

我们如何找到合适的地点？

 

我们最近的研究显示了如何利用这些考虑因素来确定未来合适的海上风电场的地点，以英国水域作为案例研究。

 

英国是海上风电的领先地区，因此该国为全球在安置新的风电场方面所面临的挑战提供了深入的了解。英国也是立法实现净零排放的领导者，包括改造能源基础设施的计划。

 

我们的研究使用了34个不同的限制层，通过排除禁区和拥挤区，从中确定了未来场地的可用空间。我们确定未来海上风机的可用海洋空间覆盖面积约为24万平方公里，这相当于英国的陆地面积。

 

数据进一步显示，为了实现英国家庭电气化的基本目标，7%的可用面积将需要用于海上风电场。家庭电气化是指家庭从（主要是）天然气转换为电取暖。

 

对于更加雄心勃勃的海上风电去碳化目标，考虑到国内电力需求增加等因素，所需空间上升到44%。

英国周边海上风电场的禁区（灰色）和可用区域

 

如果未来的海上风电场要在可利用的空间内平均分配，那么高达70%的场地将与一到三个限制条件相重叠。此外，大约90%的未来场地将必须在深水中（大约60米深）。

 

新技术，如漂浮式风电技术，将是风机安装容量和位置的关键。

 

实现净零排放的目标

 

我们的研究表明，为实现净零目标所需的海上风电场的巨大扩张可能是可以实现的。此外，它可以在不增加与英国水域现有活动冲突的情况下实现。

 

然而，海上风电的扩张仍有可能损害环境或限制现有的海洋活动。例如，在海洋保护区的情况下，风电场可以阻止鱼类和动物扩散到海洋的邻近地区。这有可能会破坏一些保护区。

 

风场、自然生态系统、遗产地（如沉船）和人类活动之间越来越多的互动是不可避免的。如果没有仔细的规划和研究，这些相互作用可能会损害环境，扰乱更广泛的人类活动。因此，必须预见并积极地解决这些问题。

 

然而，在更深的水域和远离海岸的地方安装风机带来了一些真正的挑战，需要通过进一步提升技术来克服这些挑战。

 

（作者：Shaun Wilkinson / Shutterstock）