海上風(fēng)電電網(wǎng): 下一個(gè)前沿陣地

歐洲正處于海上風(fēng)能革命的邊緣，國(guó)際能源署（IEA）預(yù)測(cè)，到2040年海上風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到130GW―180GW。海上風(fēng)電和潛在的海上風(fēng)電電網(wǎng)技術(shù)都已準(zhǔn)備就緒。因此，歐洲大陸現(xiàn)在必須緊急部署這些技術(shù)，不光需要追求部署的速度和規(guī)模，還需要確保有協(xié)調(diào)和整體性的實(shí)施辦法。

歐洲風(fēng)能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)走過40多年的歷史，首個(gè)風(fēng)電場(chǎng)于1982年在希臘的一個(gè)小島上投入使用。1991年，在歐洲首個(gè)陸上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)近10年后，歐洲的首個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)才開始在丹麥投入使用，該風(fēng)電場(chǎng)只有11臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，總裝機(jī)容量?jī)H為5MW。

同時(shí)，高壓直流（HVDC）電力傳輸這一允許大規(guī)模電力遠(yuǎn)距離傳輸?shù)募夹g(shù)，自1954年取得突破性創(chuàng)新之后，也開始擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模。到了1997年，一種全新的電壓源轉(zhuǎn)換器（VSC）高壓直流輸電解決方案開始引入到全球市場(chǎng)，該種技術(shù)，可以通過地底下、水面下或通過架空線路傳輸大量的電力。這一新技術(shù)并可用于城市輸電、互聯(lián)電纜連接和連通海上風(fēng)電場(chǎng)等應(yīng)用場(chǎng)景。值得一提的是，該項(xiàng)技術(shù)也是混合交直流輸電系統(tǒng)（hybrid AC-DC transmission systems）的一個(gè)組成部分。

當(dāng)前，歐盟海上風(fēng)電目標(biāo)是到2050年有300GW的海上風(fēng)電投入運(yùn)行，英國(guó)的目標(biāo)是到2030年有50GW的海上風(fēng)電投入運(yùn)行。海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)正在快速增長(zhǎng)，被認(rèn)為是到2050年實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放的關(guān)鍵。隨著海上風(fēng)電裝機(jī)的增長(zhǎng)，亟需發(fā)展用于將海上電力傳輸?shù)疥懮系墓ど虡I(yè)和家庭的傳輸方法。

直至最近，海上風(fēng)電電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展相對(duì)是不夠協(xié)調(diào)的。也即風(fēng)電場(chǎng)雖然已通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接單獨(dú)連接到了陸上，但對(duì)電網(wǎng)未來的發(fā)展還缺乏有協(xié)調(diào)的規(guī)劃。

同樣，海底電網(wǎng)互連電纜系統(tǒng)也主要用于連接兩個(gè)獨(dú)立的傳輸系統(tǒng)?，F(xiàn)在需要開始采用更全面的方法，這有助于推動(dòng)海上混合電網(wǎng)連接項(xiàng)目的發(fā)展，這些項(xiàng)目可將多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)連接到多個(gè)市場(chǎng)，從而將海上風(fēng)電和傳輸資產(chǎn)結(jié)合到一個(gè)單一的多用途資產(chǎn)上。這些海上混合電網(wǎng)項(xiàng)目（offshore hybridprojects）的自然發(fā)展，將推動(dòng)電網(wǎng)系統(tǒng)以更協(xié)調(diào)的方式相互連接，從而在歐洲海洋盆地形成一個(gè)網(wǎng)狀的海上電網(wǎng)系統(tǒng)。

歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)和日立能源合作編寫的《海上風(fēng)電電網(wǎng)：下一個(gè)前沿陣地》報(bào)告，描述了整個(gè)歐洲海上基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的現(xiàn)狀、機(jī)遇和挑戰(zhàn)，以及為實(shí)現(xiàn)歐洲海上風(fēng)電目標(biāo)的推動(dòng)因素。為此，報(bào)告確定了推動(dòng)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)和創(chuàng)建網(wǎng)狀海上風(fēng)電電網(wǎng)的短期至中期行動(dòng)計(jì)劃：

――為了實(shí)現(xiàn)2030年海上風(fēng)電雄心，歐洲各國(guó)必須作出規(guī)定，以確保新的海上風(fēng)電項(xiàng)目與電網(wǎng)連接的進(jìn)度加快。根據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，2022年歐洲共有2.5GW的海上風(fēng)電（306臺(tái)風(fēng)電機(jī)組）接入電網(wǎng)。這是自2016年以來歐洲單一年度并網(wǎng)容量最低的一年，比預(yù)測(cè)的還要少30%。因此，歐洲各國(guó)家必須簡(jiǎn)化和加快許可和批準(zhǔn)程序，激活正確的市場(chǎng)信號(hào)以促進(jìn)投資，并鞏固歐洲各地的制造基地，以實(shí)現(xiàn)歐洲頗具雄心的氣候和能源目標(biāo)。

――電力正在成為不斷推進(jìn)的能源系統(tǒng)的支柱，海上風(fēng)能作為能源組合的一部分，將在2050年溫升控制在1.5攝氏度的目標(biāo)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。釋放海上風(fēng)能作為各國(guó)清潔能源發(fā)展的全部潛力，需要為海上風(fēng)能及其電網(wǎng)系統(tǒng)分配足夠多的海洋空間。因此需要明確如何在海洋中可持續(xù)地建設(shè)大型能源基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和技術(shù)收益，另外，需明確海上風(fēng)電基礎(chǔ)設(shè)施如何與海洋生態(tài)系統(tǒng)及其他海洋活動(dòng)共存。

――從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的海上連接轉(zhuǎn)向海上混合電網(wǎng)項(xiàng)目并實(shí)現(xiàn)終極海上電網(wǎng)系統(tǒng)，將帶來多種社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。歐洲海洋盆地的海上混合電網(wǎng)項(xiàng)目和海上電網(wǎng)將帶來諸多好處，比如優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，包括陸上和海上電纜的穿越、提高基礎(chǔ)設(shè)施的利用率、改善電力系統(tǒng)的供需匹配能力等等。然而，在整個(gè)歐洲層面上，尚需要提供更多的明確性以減少投資風(fēng)險(xiǎn)，從而加快此類海上項(xiàng)目的部署速度。

――雖然各種已有的技術(shù)可滿足各種近期和中期目標(biāo)，但現(xiàn)在必加快部署的速度和規(guī)模。目前已有的清潔能源電網(wǎng)傳輸技術(shù)，包括從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接到海上混合電網(wǎng)項(xiàng)目，到最后的網(wǎng)狀海上電網(wǎng)的技術(shù)等實(shí)際都已經(jīng)存在。雖然行業(yè)提高效率和降低成本的關(guān)鍵必須強(qiáng)調(diào)“創(chuàng)新”，但目前強(qiáng)調(diào)"速度"和"規(guī)模"，這有助于協(xié)調(diào)部署這些技術(shù)。大規(guī)模的海上電網(wǎng)項(xiàng)目的部署，再加上對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)規(guī)范的調(diào)整，以使其適合這種部署，則現(xiàn)有有必要分別啟動(dòng)并強(qiáng)調(diào)網(wǎng)狀海上電網(wǎng)的好處。此外，歐洲陸上電網(wǎng)的持續(xù)高效發(fā)展和現(xiàn)代化改造同樣至關(guān)重要，這樣才可以確保海上風(fēng)電和輸出的電力能夠到達(dá)其最終目的地――家庭、工業(yè)和企業(yè)。

――雖然技術(shù)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，但仍需努力開發(fā)出網(wǎng)狀海上電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)所需的各種框架和規(guī)范。除了創(chuàng)建新的功能規(guī)范，還有必要對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)規(guī)范進(jìn)行修訂。此外，還需要設(shè)計(jì)出采購和合同框架并在利益相關(guān)者之間達(dá)成一致。商業(yè)模式的創(chuàng)新對(duì)于開發(fā)可行的項(xiàng)目同樣至關(guān)重要?；ゲ僮餍裕瑒t不僅是一個(gè)技術(shù)問題，在區(qū)域?qū)用娴目蚣芎鸵?guī)范下也需要考慮到。

――網(wǎng)狀海上電網(wǎng)的關(guān)鍵高壓直流組件的互操作性潛力已通過創(chuàng)新項(xiàng)目得到證明，下一步需要的是全面規(guī)模（full-scale）的高壓海上電網(wǎng)項(xiàng)目的部署。管理多終端高壓直流輸電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的互操作性的例子已經(jīng)得到了證明，歐盟地平線2020（EU Horizon 2020）資助的項(xiàng)目PROMOTioN等項(xiàng)目已證明了這一點(diǎn)。下一步需要做的是，在一個(gè)全面規(guī)模的高壓項(xiàng)目中實(shí)施網(wǎng)狀海上電網(wǎng)。歐盟資助的InterOPERA項(xiàng)目和英國(guó)資助的Aquila項(xiàng)目都提出到2030年實(shí)現(xiàn)全面規(guī)模的高壓直流多終端、多廠商、多用途的實(shí)際應(yīng)用。

――即使歐洲強(qiáng)調(diào)了要加強(qiáng)本地產(chǎn)能，但利用全球供應(yīng)鏈仍然很重要。最近，全球范圍內(nèi)公布的各種政策表明，制造業(yè)有可能重新回流到本地。然而，為了努力確保能源轉(zhuǎn)型的發(fā)展勢(shì)頭，一個(gè)有彈性的全球供應(yīng)鏈至關(guān)重要。目前，很多對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度和成本造成很大影響的供應(yīng)鏈的中斷也在提醒我們，需要一個(gè)健康的全球供應(yīng)鏈，以及開放和公平的貿(mào)易市場(chǎng)，使制造商能夠利用全球各地的資源，從而確保快速建設(shè)可再生能源和電網(wǎng)使能源系統(tǒng)能達(dá)到新的水平。這同樣要求歐洲可再生能源的進(jìn)口來源能實(shí)現(xiàn)多樣化，并能更有效地管理其原材料來源。

――技術(shù)供應(yīng)商只有在較長(zhǎng)的時(shí)間框架內(nèi)看到項(xiàng)目的發(fā)展可能，才有可能加強(qiáng)對(duì)有彈性的供應(yīng)鏈的管理和發(fā)展。新的政策和監(jiān)管方法，以及新的和創(chuàng)新的商業(yè)模式，是實(shí)現(xiàn)整體前瞻性規(guī)劃的重要推動(dòng)因素。近來全球出現(xiàn)的供應(yīng)鏈中斷現(xiàn)象，凸顯了政策制定者和監(jiān)管者從單一項(xiàng)目批準(zhǔn)轉(zhuǎn)向多個(gè)項(xiàng)目批準(zhǔn)的重要性，在涉及到陸上和海上電網(wǎng)的發(fā)展時(shí)或?qū)ΜF(xiàn)有電網(wǎng)進(jìn)行翻新和現(xiàn)代化改造時(shí)，需要制定整體的前瞻性和綜合的方法。此外，在項(xiàng)目開發(fā)商進(jìn)行采購時(shí)，需要能反映出一種長(zhǎng)期的方法。項(xiàng)目開發(fā)商必須接受基于長(zhǎng)期整合計(jì)劃，包括可復(fù)制性的新的商業(yè)模式。這種長(zhǎng)期規(guī)劃可以為制造商提供確保供應(yīng)鏈所需的長(zhǎng)期可見性，包括證明對(duì)增加額外容量的投資是合理的，并能夠?yàn)轭~外裝機(jī)容量或海上電網(wǎng)技術(shù)改進(jìn)的預(yù)期性投資提供理由。

――在持續(xù)建設(shè)能源轉(zhuǎn)型所需的基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)，還必須擁有一個(gè)健康的技能/人才供應(yīng)鏈。供應(yīng)鏈破壞的最復(fù)雜和持久的因素之一是人才的挑戰(zhàn)。為了規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)網(wǎng)狀海上電網(wǎng)，電力部門需要吸引和留住技術(shù)工人，同時(shí)還要管理不斷變化的人員構(gòu)成以及員工的期望。非常有必要從最基層的人才開始將"能源轉(zhuǎn)型"作為學(xué)術(shù)課程的一部分，同時(shí)在大學(xué)和職業(yè)學(xué)院推廣更多的專門課程。

――能源島（Energy islands）有望成為有史以來最大的能源基礎(chǔ)設(shè)施，并成為網(wǎng)狀海上風(fēng)電電網(wǎng)的一個(gè)關(guān)鍵基礎(chǔ)。能源島不僅可作為樞紐從周圍的海上風(fēng)電場(chǎng)匯集電力并將其傳輸?shù)洁徑碾娋W(wǎng)，還可將風(fēng)電融合為區(qū)域合作的燈塔。按計(jì)劃完成并管理這些能源島，如北海能源島、伊麗莎白公主能源島，對(duì)實(shí)現(xiàn)歐洲的氣候和能源目標(biāo)至關(guān)重要。

――開發(fā)網(wǎng)狀海上風(fēng)電電網(wǎng)的挑戰(zhàn)還需要下一代具有雄心的利益相關(guān)者進(jìn)行合作。這些利益相關(guān)者需要在地域和部門內(nèi)以及不同的利益相關(guān)者群體間進(jìn)行合作?？绲赜蚝涂绮块T的協(xié)調(diào)與合作，是保證網(wǎng)狀海上電網(wǎng)擁有全部社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)價(jià)值的關(guān)鍵。諸如政府間成立的北海能源合作協(xié)議等倡議將成為促進(jìn)和培養(yǎng)所需類型的合作的關(guān)鍵，從而確保從規(guī)劃到運(yùn)營(yíng)階段的有效協(xié)調(diào)。未來這種合作可確保歐洲網(wǎng)狀海上風(fēng)電電網(wǎng)的建立由歐洲整體電網(wǎng)規(guī)劃所確定，而不是像今天這樣由不同國(guó)家的電網(wǎng)協(xié)調(diào)規(guī)劃所確定。

――在包括政策和法規(guī)、融資、可持續(xù)性、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)在內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域，一個(gè)明確的治理框架將成為重要的推動(dòng)因素。雖然目前歐洲的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電網(wǎng)連接方式相對(duì)清晰，但轉(zhuǎn)向網(wǎng)狀海上電網(wǎng)后，不光有多個(gè)終端和多個(gè)供應(yīng)商，還將連接多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)集群并連接多個(gè)國(guó)家或市場(chǎng)，系統(tǒng)將帶來巨大的復(fù)雜性。比如，電網(wǎng)將從專用的基礎(chǔ)設(shè)施，轉(zhuǎn)向到共享的基礎(chǔ)設(shè)施，多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)或互連電網(wǎng)未來將依賴共同的基礎(chǔ)設(shè)施，從而出現(xiàn)利益和成本分擔(dān)等問題。一個(gè)有效的治理框架，應(yīng)明確列出所有相關(guān)利益方的角色和責(zé)任（以及這些責(zé)任之間的限制等）。雖然可能需要建立新的協(xié)議，但歐洲現(xiàn)有的陸上電網(wǎng)框架和方法應(yīng)盡可能地被重新利用，當(dāng)然，也需要進(jìn)行必要的修正以反映海上電網(wǎng)的特點(diǎn)。

來源：風(fēng)能專委會(huì)