圖為遼寧大連莊河海上風(fēng)電項目。
新華社記者 楊 青攝 制圖：沈亦伶
海風(fēng)輕拂，“風(fēng)車(chē)”轉動(dòng)，一座座海上風(fēng)電機組源源不斷送來(lái)電能，“電從海上來(lái)”的場(chǎng)景正在我國沿海不斷出現。
自2007年建成第一臺海上風(fēng)電機組至今，我國海上風(fēng)電實(shí)現了跨越式發(fā)展。海上風(fēng)電裝機容量從2015年的104萬(wàn)千瓦增至3650萬(wàn)千瓦，占全球海上風(fēng)電裝機容量的近一半，位居世界第一。我國已形成從開(kāi)發(fā)設計、生產(chǎn)制造到施工建設、運維管理較為完整的海上風(fēng)電技術(shù)鏈、產(chǎn)業(yè)鏈。2023年，我國風(fēng)電機組、葉片、齒輪箱、發(fā)電機、固定式基礎等產(chǎn)能占全球產(chǎn)能比重均超過(guò)60%。
能源是人類(lèi)賴(lài)以生存的基礎，構建新型能源體系是時(shí)代向我們提出的課題。國務(wù)院印發(fā)的《2030年前碳達峰行動(dòng)方案》提出，堅持陸海并重，推動(dòng)風(fēng)電協(xié)調快速發(fā)展，完善海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈，鼓勵建設海上風(fēng)電基地。作為優(yōu)質(zhì)清潔能源，海上風(fēng)電是新型能源體系的重要組成。我國海上風(fēng)能資源豐富，大力發(fā)展海上風(fēng)電對保障我國能源安全、推進(jìn)綠色低碳轉型、實(shí)現碳達峰碳中和目標具有重要意義。
助力經(jīng)濟社會(huì )綠色可持續發(fā)展
我們?yōu)槭裁匆呦蚝Ｑ?，發(fā)展海上風(fēng)電?
為提升清潔能源供應保障能力。從自然條件上看，我國沿海5米—50米水深、海平面以上70米高度的海上風(fēng)電資源可開(kāi)發(fā)量超過(guò)5億千瓦。海上平均風(fēng)速比陸上高20%左右，海上風(fēng)電年平均利用小時(shí)數超過(guò)2500小時(shí)，最高可超過(guò)4000小時(shí)，平均比陸上風(fēng)電高500小時(shí)左右。從區域經(jīng)濟上看，我國東部沿海地區經(jīng)濟發(fā)達，是重要的用電負荷中心，海上風(fēng)電靠近沿海省份，就近接入，對保障東部地區能源電力供應、提高非化石能源消費比重具有重要作用。此外，海上風(fēng)電還能與“西電東送”形成時(shí)間、空間上的互補，保障我國電力系統運行的可靠性和充裕性。
有助于推動(dòng)海洋強國建設。發(fā)展海上風(fēng)電能夠帶動(dòng)海洋測風(fēng)、海洋工程等相關(guān)上下游產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)動(dòng)發(fā)展，助力海上風(fēng)能與海洋潮汐能、海上光伏、氫能、海上油氣資源等協(xié)同開(kāi)發(fā)，實(shí)現設施共享、聯(lián)合運維，促進(jìn)海上新型能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。海上風(fēng)電還可以和海洋牧場(chǎng)、海洋監測、旅游服務(wù)等共同發(fā)展，實(shí)現“海上糧倉+清潔能源”立體開(kāi)發(fā)，提高海洋資源綜合利用效率。通過(guò)多領(lǐng)域深度融合，將有力推動(dòng)海洋資源開(kāi)發(fā)向循環(huán)利用型轉變。
新能源技術(shù)和電力科技新高地
要在汪洋大海上建起“發(fā)電廠(chǎng)”，面臨諸多技術(shù)挑戰。海上風(fēng)電場(chǎng)處在強風(fēng)、大浪、咸水腐蝕的復雜海洋環(huán)境中，風(fēng)機基礎要承受風(fēng)、浪、海流等多種載荷，長(cháng)距離的海底輸電線(xiàn)路需具備防水、耐腐蝕、抗機械牽拉及外力碰撞等多重性能，機組安裝還要利用大型海上專(zhuān)業(yè)施工船舶作業(yè)。因此，海上風(fēng)電對裝備設計、制造、建設、安裝技術(shù)和建成后的機組運維、故障處理要求都很高。
近年來(lái)，我國海上風(fēng)電核心裝備技術(shù)水平快速提升，已具備大容量海上風(fēng)電機組自主設計、研發(fā)制造、安裝調試、運行檢修能力，零部件整體國產(chǎn)化率達到90%以上，為解決上述難題提供了有效方案。
制造大容量風(fēng)電機組可以有效提升風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用水平，降低單位容量工程投資和安裝施工運維成本，是海上風(fēng)電技術(shù)發(fā)展的主要方向。我國自主研發(fā)的B1260A型葉片長(cháng)度達126米，是全球最長(cháng)風(fēng)電葉片。2023年7月，全球首臺16兆瓦海上風(fēng)電機組在福建海上風(fēng)電場(chǎng)成功并網(wǎng)發(fā)電。機組輪轂中心高度152米，相當于50層樓高，葉輪掃風(fēng)面積約5萬(wàn)平方米，相當于7個(gè)足球場(chǎng)，葉片每轉1圈，可發(fā)電約34千瓦時(shí)，每年可輸出超6600萬(wàn)千瓦時(shí)清潔電能，滿(mǎn)足3.6萬(wàn)戶(hù)三口之家一年的用電量。主軸承如同海上風(fēng)電機組的“關(guān)節”，是決定機組設備使用壽命的關(guān)鍵。緊隨新型葉片，我國自主研發(fā)的18兆瓦海上風(fēng)電主軸承在2023年8月下線(xiàn)，實(shí)現了大功率風(fēng)機軸承國產(chǎn)化。
不只風(fēng)電機組，海上風(fēng)電是復雜的系統工程，需要并網(wǎng)送出、海上施工、運行維護等配套工程技術(shù)配合。柔性直流輸電技術(shù)具有潮流反轉方便快捷、事故后快速恢復供電以及黑啟動(dòng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，能有效解決海上風(fēng)電場(chǎng)大容量、遠距離輸電問(wèn)題。2021年，我國首個(gè)海上風(fēng)電柔性直流輸電工程——江蘇如東海上風(fēng)電±400千伏柔性直流輸電系統成功并網(wǎng)，在建的廣東陽(yáng)江青洲海上風(fēng)電項目則采用更先進(jìn)的±500千伏柔性直流輸電技術(shù)。設備運輸、安裝施工、運行維護也需要研制專(zhuān)門(mén)的船舶。2022年，國內首艘第四代海上風(fēng)電安裝平臺“白鶴灘”號交付使用。該船配備的繞樁式起重機可以起吊2000噸的風(fēng)電基礎和風(fēng)機設備，相當于吊起1300輛家用小汽車(chē)，增強了我國近海深水區及深遠海風(fēng)電機組施工安裝能力。2023年11月，配置了智能運維信息化系統、海纜敷設及海纜搶修等系統的多功能風(fēng)電運維母船“海峰3001”號投入使用，助力解決海上風(fēng)電運維的痛點(diǎn)和難點(diǎn)。
規劃引領(lǐng)，科技支撐，實(shí)現海上風(fēng)電高質(zhì)量發(fā)展
深遠海風(fēng)能資源可開(kāi)發(fā)量是近海的3倍以上，發(fā)電更加穩定，是海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)?！?ldquo;十四五”現代能源體系規劃》提出，鼓勵建設海上風(fēng)電基地，推進(jìn)海上風(fēng)電向深水遠岸區域布局。我國沿海省份紛紛制訂海上風(fēng)電發(fā)展規劃，推動(dòng)海上風(fēng)電由近及遠有序開(kāi)發(fā)。深遠海意味著(zhù)新的挑戰，傳統固定式基礎施工成本高、受海底地形與暗流影響大，深遠海漂浮式風(fēng)電技術(shù)應運而生。去年5月，我國首座深遠海漂浮式風(fēng)電平臺“海油觀(guān)瀾號”并網(wǎng)發(fā)電，工作海域距離海岸線(xiàn)100公里以上、水深超過(guò)100米，年均發(fā)電量可達2200萬(wàn)千瓦時(shí)。
矚目未來(lái)，海上風(fēng)電將在能源轉型中扮演更加重要的角色。根據東部沿海各省份海上風(fēng)電發(fā)展規劃測算，預計到2030年，我國海上風(fēng)電裝機將達到1.5億千瓦，海上風(fēng)電發(fā)電量占東部沿海地區用電量比重將達到約10%;到2060年，海上風(fēng)電裝機將超過(guò)10億千瓦，海上風(fēng)電發(fā)電量占東部沿海地區用電量比重將超過(guò)30%。海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)要素多、投資大、風(fēng)險高，要加強資源勘測，建立海洋空間大數據庫，開(kāi)展海上風(fēng)電資源開(kāi)發(fā)利用總體規劃，推進(jìn)集約化、規?；_(kāi)發(fā)，提升資源開(kāi)發(fā)整體效益。
新的目標，對風(fēng)電開(kāi)發(fā)基礎能力提出新的要求。面對復雜開(kāi)發(fā)環(huán)境以及發(fā)電預測、電力消納難以準確評估的難題，需要加強資源評估、微觀(guān)選址、設備選型、并網(wǎng)分析等環(huán)節全過(guò)程協(xié)同設計與優(yōu)化迭代，構建海上風(fēng)電全過(guò)程協(xié)同開(kāi)發(fā)體系。建立適應不同應用場(chǎng)景的精細化仿真平臺，提高新裝備與新技術(shù)驗證水平，降低海上風(fēng)電項目開(kāi)發(fā)技術(shù)風(fēng)險。建立海上風(fēng)電技術(shù)標準和檢測認證體系，實(shí)現技術(shù)產(chǎn)品標準化、序列化。開(kāi)發(fā)高效率成套測試驗證平臺，以標準化促進(jìn)技術(shù)成果應用、提高生產(chǎn)效率。健全綠色產(chǎn)品標準認證體系，推行綠色設計、綠色制造、綠色建造，促進(jìn)資源循環(huán)再利用。
關(guān)鍵領(lǐng)域科技創(chuàng )新時(shí)不我待。進(jìn)一步降低海上風(fēng)電建設成本、提升開(kāi)發(fā)利用效率，需要發(fā)揮科技創(chuàng )新引領(lǐng)作用，加強項目勘察、設計、施工、安裝、運維等技術(shù)研發(fā)，突破大型碳纖維葉片等技術(shù)瓶頸，發(fā)展海上風(fēng)電柔性直流輸電、海上換流平臺緊湊型輕量化等技術(shù)。研發(fā)適應深遠海域的超大型安裝平臺，讓數字化技術(shù)與深遠海資源勘測、項目建設、智能運維等環(huán)節深度融合。
隨著(zhù)海上風(fēng)電技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，相信會(huì )有更多機組挺立在大海之上，為經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展持續注入綠色能量。
(作者為中國工程院院士、中國電機工程學(xué)會(huì )理事長(cháng))
