5年來(lái)，我國海上風(fēng)電從無(wú)到有，從探索期、培育期進(jìn)入了高速發(fā)展期，海上風(fēng)電的布局也從潮間帶、淺海，逐漸向深遠海挺進(jìn)。截至2021年底，我國海上風(fēng)電累計裝機26.38吉瓦，占全球海上風(fēng)電裝機總量的48%，位居全球第一，為我國綠色低碳的新能源發(fā)展闖出一條新路。
浙江舟山北部海域的岱山4號海上風(fēng)電場(chǎng)。
從 山東濰坊港乘船出海，兩個(gè)小時(shí)后，寬廣的渤海海面上出現一派壯麗景象：一臺臺百米高的白色風(fēng)電機組迎風(fēng)矗立，猶如一排排筆直挺立的高大士兵。這里是山東昌 邑市海洋牧場(chǎng)與三峽集團300兆瓦海上風(fēng)電融合試驗示范項目海上風(fēng)電場(chǎng)。10月31日，這里的工程師迎風(fēng)作業(yè)，對海上風(fēng)機進(jìn)行著(zhù)精細調試，為即將到來(lái)的并 網(wǎng)發(fā)電做著(zhù)積極準備。
截至2021年底，我國海上風(fēng)電累計裝機26.38吉瓦，占全球海上風(fēng)電裝機總量的48%，位居全球第一。
面對大風(fēng)，風(fēng)電技術(shù)研發(fā)人員化身“御風(fēng)者”，乘風(fēng)而上、化風(fēng)為寶，將強勁的海風(fēng)轉化為一度度清潔電能，為我國綠色低碳的新能源發(fā)展闖出一條新路。
習近平總書(shū)記指出，我國是一個(gè)海洋大國，海域面積十分遼闊。一定要向海洋進(jìn)軍，加快建設海洋強國。
黨的二十大報告指出，“加快規劃建設新型能源體系”“加強能源產(chǎn)供儲銷(xiāo)體系建設，確保能源安全?！?5年來(lái)，我國海上風(fēng)電從無(wú)到有，從探索期、培育期進(jìn)入了高速發(fā)展期，海上風(fēng)電的布局也從潮間帶、淺海，逐漸向深遠海挺進(jìn)。
2022年起，我國海上風(fēng)電的補貼全面取消，海上風(fēng)電行業(yè)將進(jìn)入低成本、規?；陌l(fā)展階段。通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新、降本增效提升市場(chǎng)競爭力成為必然。
為何選擇與大海博弈
1991年，距離丹麥海岸線(xiàn)兩公里的海域，11臺白色風(fēng)車(chē)組成的“鋼鐵森林”迎風(fēng)傲立，“童話(huà)王國”的海岸線(xiàn)出現了世界上第一座海上風(fēng)電場(chǎng)。
全球海上風(fēng)電起源于歐洲，迄今海上風(fēng)電已有約30年歷史。全球風(fēng)能理事會(huì )發(fā)布的《全球風(fēng)能報告2022》顯示，2021年，全球海上風(fēng)電新增裝機容量21.1吉瓦，同比增長(cháng)兩倍，創(chuàng )歷史最大增幅。
為應對氣候變化，各國都在能源結構和生產(chǎn)方式上尋求變革?！队茉窗踩珣鹇浴诽岢?，2030年，海上風(fēng)電裝機達到50吉瓦。德國海上風(fēng)電預計在2030年達到30吉瓦。美國計劃到2030年累計裝機達到30吉瓦。
大海到底有何魔力，吸引各國爭相將大風(fēng)車(chē)矗立在蔚藍的海面上？
與陸上建設風(fēng)電場(chǎng)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)。而且，海上的風(fēng)資源稟賦好，風(fēng)速大、功率密度高；更為關(guān)鍵的是，風(fēng)電場(chǎng)的建設需要大量的空間場(chǎng)地，海洋面積廣闊，沒(méi)有地表障礙物限制，可不斷向遠海深海開(kāi)拓。
在我國，發(fā)展海上風(fēng)電有特別的優(yōu)勢。我國海上風(fēng)電資源豐富，相比于陸上風(fēng)電資源，其到達沿海等高能源需求地區的距離短、成本低，適合大規模開(kāi)發(fā)。福建、浙江、山東、江蘇、廣東等用電大省，正好都是沿海地區。
“應從兩個(gè)方面認識海上風(fēng)電的重要定位：戰略意義上，海上風(fēng)電對實(shí)現我國碳達峰碳中和目標具有重要地位；科技意義上，風(fēng)電各產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)是國際必爭的制高點(diǎn)?！敝袊こ淘涸菏?、中國華能集團原董事長(cháng)舒印彪說(shuō)。
海上風(fēng)電是高度資本密集型行業(yè)，它的健康發(fā)展離不開(kāi)政策管理和長(cháng)期規劃的完善。近年來(lái)，我國海上風(fēng)電發(fā)展迅速，行業(yè)崛起的背后是國家政策的大力支持。
作為海上風(fēng)電發(fā)展的親歷者，中國三峽新能源（集團）股份有限公司副總經(jīng)理、黨委委員呂鵬遠見(jiàn)證了我國海上風(fēng)電發(fā)展的三個(gè)階段。
2007—2011年為探索規劃期，《海上風(fēng)電場(chǎng)工程規劃工作大綱》出爐，正式啟動(dòng)我國沿海地區海上風(fēng)電規劃。
2012 —2017年為重點(diǎn)培育期，《全國海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)建設方案》等系列規劃方案出臺，海上風(fēng)電成為我國風(fēng)電發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)，數個(gè)規?；暮Ｉ巷L(fēng)電場(chǎng)建成?！笆?五”末期是我國陸上風(fēng)電向海上風(fēng)電發(fā)力轉型的“分水嶺”。呂鵬遠介紹，當時(shí)，六座千萬(wàn)千瓦級風(fēng)電基地集中在“三北”地區，由于本地消納能力不足，外送通道 短缺，大量清潔風(fēng)電被“遺棄”。國家能源局的數據顯示，2015年全國風(fēng)電棄風(fēng)率為15%，成為有史以來(lái)棄風(fēng)最嚴重的年份。也正是在2015年前后，我國 海上風(fēng)電建設迎來(lái)了提速。
2018—2021年底為快速發(fā)展期，《關(guān)于促進(jìn)非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見(jiàn)》出臺，我國海上風(fēng)電加快從近海向遠海邁進(jìn)的腳步。
從全球范圍看，現階段海上風(fēng)電整體仍處于發(fā)展初級階段。根據全球風(fēng)能理事會(huì )統計，截至2021年，全球海上風(fēng)電累計裝機規模為56吉瓦，在全球風(fēng)電總裝機中只占7%。
我國擁有18萬(wàn)公里的海岸線(xiàn)，200多萬(wàn)平方公里的大陸架和6500多個(gè)島嶼，海上風(fēng)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。
在國家政策加持下，國內多家海上風(fēng)電企業(yè)開(kāi)始與大海的博弈。
將風(fēng)機搬進(jìn)海洋并非易事
2007年，遼東渤海灣，中海油綏中36-1油田的鉆井平臺上，赫然立起一個(gè)與石油開(kāi)采不相干的龐然大物。近40米高的白色塔筒托舉著(zhù)風(fēng)機機頭，三支約40米長(cháng)的葉片迎風(fēng)旋轉，就像一位全副武裝的鋼鐵巨人在與海風(fēng)搏斗。
這 是我國第一臺在海洋環(huán)境中運行的直驅永磁風(fēng)電機組，這臺由新疆金風(fēng)科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)金風(fēng)科技）研制的試驗樣機裝機容量?jì)H有1.5兆瓦，機型還是 陸上風(fēng)機的機型。而在當時(shí)，國外的海上風(fēng)機已經(jīng)能做到3.6兆瓦。這意味著(zhù)要縮短與國外的差距，我國海上風(fēng)電全產(chǎn)業(yè)鏈要追趕數年。
當渤海灣的這臺機組點(diǎn)亮第一盞燈時(shí)，也點(diǎn)亮了中國海上風(fēng)電繼續遠航的燈塔。
然 而，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)從陸地走向海洋絕非易事，首當其沖便是自然環(huán)境更為復雜。在陸地上架設風(fēng)機只需考慮風(fēng)載荷的影響，但在海上，風(fēng)機遭遇的環(huán)境載荷來(lái)自風(fēng)、浪、 流的聯(lián)合作用。南方沿海臺風(fēng)頻發(fā)，渤海冬季海冰入侵，對風(fēng)機和基礎的強度與疲勞性能提出更高要求。此外，高濕、高鹽的環(huán)境會(huì )加劇對葉片的腐蝕，不光導致發(fā) 電量的下降，嚴重時(shí)還會(huì )損毀風(fēng)機設備。
呂鵬遠告訴科技日報記者，海底地形、地質(zhì)較為復雜，特別是東海、南海海域起伏陡峭、遍布礁石及孤石，有的海底高差大，有的裸巖堅硬如鐵，對工程施工提出了嚴苛的要求。面對復雜的海洋環(huán)境，只有大力推進(jìn)科技創(chuàng )新，才能實(shí)現風(fēng)力資源的高效利用。
“十 一五”至“十三五”期間，國家層面支持風(fēng)電產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng )新的力度不斷加強，863計劃、國家科技支撐計劃、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃在風(fēng)電領(lǐng)域設立科研項目，密集支 持海上風(fēng)電機組關(guān)鍵零部件的研制與測試技術(shù)的開(kāi)發(fā)，并在2019年的可再生能源與氫能技術(shù)項目中，布局面向深遠海的大功率海上風(fēng)電機組及關(guān)鍵部件的設計研 發(fā)項目。
2010年6月，亞洲首座海上風(fēng)電場(chǎng)——上海東海大橋海上風(fēng)電項目并網(wǎng)發(fā)電，標志著(zhù)我國海上風(fēng)電建設進(jìn)入實(shí)戰階段。迎著(zhù)海風(fēng)展翅高旋，每年將2.67億度電通過(guò)海底電纜送回陸地，可供上海20余萬(wàn)戶(hù)居民使用一年。
今年2月22日，我國自主研制、擁有完全自主知識產(chǎn)權的13兆瓦抗臺風(fēng)型海上風(fēng)電機組在福建福清下線(xiàn)。這是迄今為止亞洲地區單機容量最大、葉輪直徑最大的風(fēng)電機組，國產(chǎn)化率達到了90%。
13兆瓦風(fēng)電機組有多大？它的輪轂中心高度達130米，相當于43層樓高，它的葉輪直徑相當于三個(gè)福建艦航母并排的寬度。大功率（兆瓦數）風(fēng)機，是名副其實(shí)的“海上風(fēng)電大國重器”。單就這一臺風(fēng)機，轉一圈能發(fā)電23千瓦時(shí)，可以讓25瓦的電燈點(diǎn)亮38個(gè)晝夜。
起 步雖晚的中國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，牢牢抓住發(fā)展機遇。從2007年首臺1.5兆瓦風(fēng)機，到2009年?yáng)|海大橋3兆瓦風(fēng)機，再到2017年興化灣風(fēng)電場(chǎng)6.7兆瓦 風(fēng)機，直到今年13兆瓦風(fēng)機下線(xiàn)，我國海上風(fēng)機制造能力走在了世界前列。根據彭博新能源財經(jīng)公布的數據，2021年全球風(fēng)電整機制造商排名中，我國風(fēng)電整 機制造商占據了前10名中的6席。
15年來(lái)，中國海上風(fēng)機的單機容量翻了3番，以每年一個(gè)兆瓦的速度在增加。從跟跑，到并跑，再到實(shí)現領(lǐng)跑，這是中國海上風(fēng)電人的夢(mèng)想。作為海上風(fēng)電大機型“孵化器”的福建三峽海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園，見(jiàn)證了這個(gè)夢(mèng)想的實(shí)現。
發(fā) 展海上風(fēng)電，福建海域有一個(gè)非常重要的優(yōu)勢：受季風(fēng)和臺灣海峽“狹管效應”的影響，福建風(fēng)力資源豐富，是中國乃至世界海上風(fēng)電的極佳地。但是，風(fēng)好也意味 著(zhù)海上風(fēng)電建設的窗口期少、浪大?！叭绻陂_(kāi)發(fā)難度最大的地方將海上風(fēng)電圓滿(mǎn)地建設起來(lái)，那么我們建其它地方的海上風(fēng)電就能更容易?！必撠熀Ｉ巷L(fēng)機安裝的 中交第三航務(wù)工程局有限公司相關(guān)負責人說(shuō)。
為 了海上風(fēng)機的創(chuàng )新應用，2017年9月，三峽集團在福建福清興化灣擺下全球海上風(fēng)電“奧運”競技場(chǎng)，建設了國內第一個(gè)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園。金風(fēng)科技、上海電 氣、明陽(yáng)智能、東方電氣、GE等8家國內外知名風(fēng)機廠(chǎng)家的14臺風(fēng)機同場(chǎng)競技，目標是遴選出最適合我國海上風(fēng)電發(fā)展的風(fēng)機，以推進(jìn)海上風(fēng)電高端裝備國產(chǎn) 化、大型化。
金風(fēng)科技總裁曹志剛回憶說(shuō)，福建興化灣風(fēng)電場(chǎng)對風(fēng)機的要求達到或者接近當時(shí)國際先進(jìn)水平，單機容量實(shí)現6.7兆瓦?！皩χ袊L(fēng)電裝備制造業(yè)來(lái)說(shuō)，從3兆瓦提升到6.7兆瓦，尤其是在臺風(fēng)頻發(fā)的東南沿海，保證風(fēng)機快速穩定運行并不是件簡(jiǎn)單的事情?！辈苤緞傊毖?。
單機容量擴增一倍多，風(fēng)機機頭的重量將由不足200噸提升到400噸，葉片的直徑由過(guò)去的121米達到了154米，風(fēng)機的掃風(fēng)面積相當于2.5個(gè)足球場(chǎng)。將這樣的龐然大物穩穩地立在海上，對工程建設是巨大挑戰。
呂鵬遠清楚地記得，當時(shí)參加比賽的兩個(gè)外國廠(chǎng)家提供的產(chǎn)品為定型產(chǎn)品，金風(fēng)科技做的卻是首臺套。最后在海上安裝風(fēng)機時(shí)，正常的調試時(shí)間是72小時(shí)，金風(fēng)科技用時(shí)不到10小時(shí)就完成調試，性能還優(yōu)于國外同類(lèi)產(chǎn)品，打了一場(chǎng)漂亮的翻身仗。
依 托海上風(fēng)電競技場(chǎng)，福建興化灣的產(chǎn)業(yè)園一邊實(shí)驗，一邊建設。2018年底，產(chǎn)業(yè)園建成，海上風(fēng)電全產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現落戶(hù)。如今，金風(fēng)科技、東方電氣等國產(chǎn)風(fēng)機已 經(jīng)供不應求，產(chǎn)業(yè)園中除了6.7兆瓦風(fēng)機之外，8兆瓦的機型也已量產(chǎn)，13兆瓦風(fēng)機已經(jīng)下線(xiàn)，15兆瓦以上的風(fēng)機正在研發(fā)。
向深遠海進(jìn)發(fā)的號角已吹響
中國南海，離岸28公里，水深30米處，一臺高度超百米的風(fēng)電機組屹立在三角結構的漂浮平臺上，遠遠望去，悠悠轉動(dòng)的巨大槳葉赫然醒目，葉片轉動(dòng)1小時(shí)，滿(mǎn)發(fā)5500度電，可夠一個(gè)三口之家用上兩年。
這是我國擁有完全自主知識產(chǎn)權的漂浮式風(fēng)電機組及基礎平臺，具有大容量、抗臺風(fēng)、漂浮式的特點(diǎn)，2021年12月7日，機組正式并網(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)能資源的探索步伐。
海上風(fēng)電向深遠海挺進(jìn)，漂浮平臺建造、超遠距離輸電等工程技術(shù)是繞不開(kāi)的難題與挑戰。
與近海機組“站立”海底不同，漂浮式風(fēng)電機組及基礎平臺是用錨系與海底鏈接，讓浮體與風(fēng)機像不倒翁一樣“漂”在海面上，保證風(fēng)機即使在臺風(fēng)來(lái)臨時(shí)也不沉不倒，不出問(wèn)題。
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在接受記者采訪(fǎng)時(shí)表示，此前，我國在海洋工程上發(fā)展的漂浮式平臺技術(shù)主要針對油氣開(kāi)采，無(wú)論是海下水 深、承擔載荷、安全系數以及經(jīng)濟指標都與海上風(fēng)電的漂浮式平臺有很大差別。而且國際規范的適用性不足，因此盡管歐洲等國家的漂浮式技術(shù)與建造經(jīng)驗相對成 熟，卻并不完全適用于我國的海上漂浮式風(fēng)電建設。
“讓風(fēng)機安全穩定地漂浮起來(lái)，核心難題在于制造出適合于我國海域特點(diǎn)的風(fēng)機與漂浮式基礎?！睏顣岳妆硎?。
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。截至2021年底，全球已經(jīng)投運的商業(yè)化漂浮式海上風(fēng)電場(chǎng)共3個(gè)，均位于英國。
遙遠的海上風(fēng)場(chǎng)，怎樣將電送上岸？
在所有海域鋪設海纜不可行。如果大規模開(kāi)發(fā)、遠距離輸送，海纜的成本將很難負擔得起，海域的建設更不允許。中國“御風(fēng)人”想到一個(gè)辦法，建設“海纜路由”——海上換流站，用柔性直流將電從遠方送來(lái)。
在江蘇如東離岸50公里的黃沙洋海域，行船遠眺，高度約15層樓的海上換流站穩穩地立在大海上，向過(guò)往的船舶凸顯著(zhù)存在感。而在海底，一根根海纜正深埋在淤泥海床下，將海上風(fēng)電場(chǎng)的電能匯聚于此，再通過(guò)換流站轉換為損耗更低的直流電后，送至陸上。
江 蘇如東風(fēng)電場(chǎng)是我國第一個(gè)海上柔性直流輸電工程?！叭嵝灾绷鬏旊娛情L(cháng)距離海上風(fēng)電的最佳選擇?！眹W(wǎng)江蘇省電力公司建設部副主任吳威告訴記者，電網(wǎng)要實(shí)現 穩定運行，控制好電壓和頻率兩項指標至關(guān)重要，它們相當于一個(gè)人的血壓和心率。柔性直流不僅輸送電能，還能調節電壓，它的應用就像人有了強健的心臟和血 管，能很好控制心率和血壓。
2021年11月8日，隨著(zhù)7號風(fēng)電機組葉輪緩緩轉動(dòng)，柔直輸電的首批機組成功并網(wǎng)，長(cháng)達108公里的輸送距離創(chuàng )造了國內紀錄，正負400千伏的電壓等級，比歐洲已采用的海上柔性直流輸電工程還要高。
吳威說(shuō)，只簡(jiǎn)單地將直流與交流相比，同樣斷面的線(xiàn)纜，直流可以多輸送4倍電能，成本下降的同時(shí)還可以減少工程對海域的干擾與占用。
互聯(lián)網(wǎng)+大數據改進(jìn)運維管理
因為運行效率高、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。
2021年10月21日，國家發(fā)展改革委等九部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《“十四五”可再生能源發(fā)展規劃》，提出有序推進(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，以實(shí)現海上風(fēng)電平價(jià)示范。
今年5月26日，國內首艘“運輸+起重”一體化深遠海海上風(fēng)電施工船——“烏東德”號在江蘇南通順利出塢；9月28日，國內首艘2000噸級第四代海上風(fēng)電安裝平臺——“白鶴灘”號在廣州南沙順利交付。兩艘海運重器開(kāi)拔出海，為我國海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)走向深海劈波斬浪。
我國海上風(fēng)電建設如火如荼地推進(jìn)，海上風(fēng)電運維與管理更是不可或缺。
“由于我國海上風(fēng)電在近幾年才開(kāi)始迅速建設和并網(wǎng)發(fā)電，海上風(fēng)電機組尚未經(jīng)過(guò)充分的運行驗證，運維管理也缺乏相應經(jīng)驗，基本照搬陸上風(fēng)電管理模式?！睏顣岳渍f(shuō)。據統計，目前我國海上風(fēng)電場(chǎng)整體的運維成本，遠高于同等裝機容量的陸上風(fēng)電場(chǎng)運維成本。
曹志剛告訴記者，導致海上風(fēng)電運維成本較高的原因有兩個(gè)。一是海上風(fēng)電所處特殊環(huán)境造成的設備可靠性差、故障率高、維修工藝難度也高；二是受機組可靠性未充分驗證的影響，運維團隊專(zhuān)業(yè)性欠缺，遠程故障診斷和預警能力還不健全。
如何提升海上風(fēng)電運維能力，降低運維成本，是產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，也是科研領(lǐng)域發(fā)力的方向。
在 楊曉雷看來(lái)，隨著(zhù)信息技術(shù)加速應用，海上風(fēng)電運維正逐步向狀態(tài)檢修為主、計劃檢修和故障檢修為輔的模式轉變。運維團隊可以通過(guò)在風(fēng)機和風(fēng)電場(chǎng)布設風(fēng)力傳感 器，實(shí)時(shí)感知風(fēng)況，加強狀態(tài)監測預警，甚至可通過(guò)物理原理+神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )算法，實(shí)現對風(fēng)況的高效預測，以提前調整風(fēng)機運行狀態(tài)，在提升發(fā)電量的同時(shí)降低海風(fēng)對 風(fēng)機結構的破壞。
“故障診斷和遠程預警是支撐海上風(fēng)電運維高效運轉的另一項關(guān)鍵技術(shù)?！睏顣岳妆硎?，借助智能風(fēng)機的安裝，我國海上風(fēng)電運維企業(yè)要盡快建立海上風(fēng)電機組智慧運維體系，通過(guò)運維大數據的采集、分析和計算，不斷提升故障預警診斷能力，及時(shí)進(jìn)行工單推送，優(yōu)化運維策略。
就 成套設備而言，我國海上風(fēng)電現有的運維船舶更適合距離海岸較近的風(fēng)電場(chǎng)作業(yè)，且運載能力有限。隨著(zhù)海上風(fēng)電場(chǎng)離岸距離的增加，船舶的油耗成本、承載能力以 及對抗惡劣天氣的能力都將限制其在運維作業(yè)中的應用。因此，曹志剛建議，未來(lái)急需加速制造更多更適合我國海上風(fēng)電運維的專(zhuān)業(yè)化船舶并投入使用。
浩瀚海洋，風(fēng)起電至。中國的大風(fēng)車(chē)在更廣闊的海域安家落戶(hù)，繼續著(zhù)變海風(fēng)為能源的努力。