向深向遠挺進(jìn) 追風(fēng)逐電大海

圖為三峽集團海上風(fēng)電機組。三峽集團供圖

不久前，擁有完全自主知識產(chǎn)權的全新一代18兆瓦海上直驅風(fēng)電機組下線(xiàn)，成為目前已下線(xiàn)的全球單機容量最大、葉輪直徑最大的海上直驅風(fēng)電機組。而在2021年，海上風(fēng)機最大單機容量還是16兆瓦。

值得注意的是，開(kāi)啟海上風(fēng)機“18兆瓦時(shí)代”的整機廠(chǎng)商不止一家。中國東方電氣集團有限公司、明陽(yáng)智慧能源集團股份公司、中國船舶集團海裝風(fēng)電股份有限公司等都在2023年公布了自主研制18兆瓦海上風(fēng)機的消息。

將視野放至全球，中國海上風(fēng)電迅猛發(fā)展的態(tài)勢更加明顯?！度蚝Ｉ巷L(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展報告》顯示，我國海上風(fēng)電機組產(chǎn)能占全球市場(chǎng)的60%，發(fā)電機產(chǎn)能占全球市場(chǎng)的73%。我國已成為全球海上風(fēng)電累計裝機規模最大的國家。那么，我國發(fā)展海上風(fēng)能有何潛力?海上風(fēng)能的開(kāi)發(fā)有哪些技術(shù)路線(xiàn)?發(fā)展海上風(fēng)能對于我國能源體系有何意義?帶著(zhù)這些問(wèn)題，記者采訪(fǎng)了相關(guān)專(zhuān)家。

我國海上風(fēng)能資源較為豐富

“與陸上風(fēng)能資源相比，海上風(fēng)能資源豐富、儲量大，可集中連片大規模開(kāi)發(fā)。”長(cháng)期從事風(fēng)能研究的中國科學(xué)院力學(xué)研究所研究員楊曉雷告訴記者，海上的風(fēng)能資源稟賦好，風(fēng)速大、功率密度高。此外，風(fēng)電場(chǎng)的建設需要大量的空間場(chǎng)地。而海洋面積廣闊，沒(méi)有地表障礙物限制，可不斷向遠向深開(kāi)拓。

我國海上風(fēng)能資源較為豐富，發(fā)展海上風(fēng)電有特別的優(yōu)勢。楊曉雷介紹，一方面，我國近海和深遠海、離岸200千米以?xún)惹宜钚∮?00米的海上風(fēng)能可開(kāi)發(fā)量巨大。另一方面，我國海上風(fēng)電行業(yè)在制造、安裝等領(lǐng)域都具有較強國際競爭力。

不僅如此，相比于陸上風(fēng)電機組發(fā)出的電能，海上風(fēng)電機組發(fā)出的電能到達沿海等高能源需求地區的距離更短、成本更低，更適合大規模開(kāi)發(fā)。福建、浙江、山東、江蘇、廣東等用電大省，正好都位于沿海地區。

我國海岸線(xiàn)綿長(cháng)，大陸架面積大，島嶼眾多，海上風(fēng)能資源技術(shù)開(kāi)發(fā)潛力超過(guò)3500吉瓦。如今，我國新增海上風(fēng)電規模已位居全球第一，成為全球最重要的海上風(fēng)電市場(chǎng)之一。在國家政策的支持下，國內多家海上風(fēng)電企業(yè)都開(kāi)始發(fā)力“向大海要能源”。

“應從兩個(gè)方面認識海上風(fēng)電的重要定位。”中國工程院院士、中國華能集團原董事長(cháng)舒印彪說(shuō)，“從戰略角度，海上風(fēng)電對實(shí)現碳達峰碳中和目標具有重要意義;在科技層面，風(fēng)電各產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)是國際必爭的制高點(diǎn)。”

海上風(fēng)能開(kāi)發(fā)有兩條技術(shù)路線(xiàn)

風(fēng)電機組從陸地走向海洋并非易事。隨著(zhù)離岸距離和區域位置的不同，自然環(huán)境變化非常復雜。在30多年的開(kāi)發(fā)實(shí)踐中，海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)逐步形成近海風(fēng)能和深遠海風(fēng)能開(kāi)發(fā)兩條技術(shù)路線(xiàn)。

在上海東海大橋海域，高大的海上風(fēng)機已經(jīng)在這里迎風(fēng)旋轉了近14年。“這是亞洲首座海上風(fēng)電場(chǎng)，也是近海海域利用固定式基礎開(kāi)發(fā)風(fēng)能的典型代表。”楊曉雷告訴記者。記者了解到，固定式基礎是在水深較淺的海域，采用固定式的平臺結構，將海上風(fēng)機固定在海上的方式。在近海海域，海床結構穩定，風(fēng)、浪、流的聯(lián)合作用相對較小，采用固定式基礎技術(shù)難度小、建設成本低，是海上風(fēng)能開(kāi)發(fā)的首選方案。

而離岸60多海里、水深超70米的深遠海浪涌強勁，施工建設方無(wú)法將海上風(fēng)機基礎牢固地直插入海底。在這種海域，施工建設方選擇用漂浮式基礎，將風(fēng)機拖浮在海面上。

在我國南海，一臺高度超百米的海上風(fēng)電機組屹立在三角結構的漂浮平臺上。遠遠望去，巨大的槳葉引人注目。這是全球首臺抗臺風(fēng)型漂浮式海上風(fēng)電機組——“三峽引領(lǐng)號”。它在2021年12月正式并網(wǎng)發(fā)電，標志著(zhù)我國海上風(fēng)電邁出了向深遠海獲取風(fēng)能資源的步伐。

“與近海機組‘站立’在海底不同，風(fēng)電機組及漂浮式平臺通過(guò)錨系與海底鏈接，像不倒翁一樣漂在海面上。”楊曉雷說(shuō)，“讓風(fēng)機安全穩定地漂浮起來(lái)，需要綜合考慮葉片空氣動(dòng)力學(xué)、風(fēng)電機組控制、漂浮式平臺的結構設計、海洋環(huán)境等多種因素，極具難度。”

目前，歐洲仍然是深遠海域海上風(fēng)電的先行者。歐洲市場(chǎng)已經(jīng)完成建設漂浮式單立柱式風(fēng)機20余臺，半潛式風(fēng)機10余臺。多個(gè)海上風(fēng)電強國也已在深遠海域進(jìn)行布局。在我國，除了“三峽引領(lǐng)號”，中國海裝“扶搖號”、中國海油“海油觀(guān)瀾號”兩個(gè)漂浮式海上風(fēng)電平臺也已并網(wǎng)發(fā)電。

積極推動(dòng)第三代風(fēng)能技術(shù)發(fā)展

由于具有運行效率高、輸電距離短、不占用土地、適宜大規模開(kāi)發(fā)等特點(diǎn)，我國相關(guān)部委和沿海多省份出臺的能源規劃中，都將海上風(fēng)電作為未來(lái)的重點(diǎn)發(fā)展方向。

國家發(fā)展改革委等九部門(mén)聯(lián)合印發(fā)的《“十四五”可再生能源發(fā)展規劃》提出，要有序推進(jìn)海上風(fēng)電基地建設，積極推動(dòng)深遠海海上風(fēng)電技術(shù)創(chuàng )新和示范應用，不斷推進(jìn)深遠海海上風(fēng)電降本增效，實(shí)現海上風(fēng)電平價(jià)示范。

“發(fā)展海上風(fēng)電對于我國能源體系具有重要意義。”楊曉雷告訴記者，發(fā)展海上風(fēng)電，可以幫助我國實(shí)現能源結構的多元化，減輕對化石能源的依賴(lài)，提高我國能源安全性和可靠性，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為經(jīng)濟增長(cháng)注入新動(dòng)能。與此同時(shí)，海上風(fēng)電符合可持續發(fā)展戰略的要求，能推動(dòng)綠色低碳發(fā)展和生態(tài)文明建設。

但是，作為技術(shù)密集型的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，我國海上風(fēng)電，特別是深遠海風(fēng)電的開(kāi)發(fā)仍然面臨諸多難題。比如，海上的惡劣條件會(huì )對設備和系統帶來(lái)較大挑戰。我國在海上風(fēng)電的施工、運維等環(huán)節還存在一些不足。

楊曉雷認為，海上風(fēng)能技術(shù)是風(fēng)能技術(shù)前沿。他建議，要積極推動(dòng)以場(chǎng)級控制為目標的第三代風(fēng)能技術(shù)的發(fā)展，加快圍繞風(fēng)能波動(dòng)、間歇特性等相關(guān)理論、方法組織基礎研究，推進(jìn)相關(guān)核心技術(shù)取得突破。同時(shí)，加強研發(fā)海上風(fēng)電制氫、海水淡化等技術(shù)，促進(jìn)海上風(fēng)能的規?；C合應用。

浩瀚海洋，風(fēng)起電至。未來(lái)，中國的“大風(fēng)車(chē)”將在更廣闊的海域安家落戶(hù)，繼續化海風(fēng)為能源。