7月3日，全球單體容量最大的漂浮式風電平臺“明陽天成號”完成安裝，并開始向深遠海啟航。這臺由兩個8.3MW風電主機以“V”字構(gòu)成的漂浮式風電平臺，在蔚藍的大洋中并不孤單。此前，我國已在廣東和福建海域安裝了4臺不同單機容量的漂浮式風電平臺，而海南首個批量漂浮式海上風電項目也完成了主機招標工作，蓄勢待發(fā)。
向深遠海行進，將成為未來一段時間我國風電新市場、新模式與新技術的交匯點。
海洋產(chǎn)業(yè)中的后起之秀
近年來，我國海上風電取得了舉世矚目的發(fā)展成就。中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會（CWEA）的數(shù)據(jù)顯示，2023年我國海上風電累計裝機容量達到3769萬千瓦，占全球的50%；新增裝機容量達到718.3萬千瓦，占全球的58%?？梢哉f，中國是全球海上風電市場中最關鍵的組成部分，正驅(qū)動全球相關產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，為能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、經(jīng)濟發(fā)展、應對氣候變化作出了重要的貢獻。
隨著我國向碳中和目標邁進，海上風電開發(fā)規(guī)模不斷增大，需求也愈加強烈。然而，在開發(fā)布局與發(fā)展空間上，近海風電正面臨航道、保護區(qū)、養(yǎng)殖、軍事等一系列限制性與不確定性因素，導致項目前期規(guī)劃與審批流程復雜，開發(fā)周期較長。例如，有的項目在規(guī)劃時已充分考慮了航道的影響，但進入開發(fā)環(huán)節(jié)后又不得不讓步于交通部門的航道新規(guī)劃。
“海域的使用肯定應考慮先來后到，因此，在前期階段要與很多部門協(xié)調(diào)，可以感到我們相對弱勢。”一位風電開發(fā)企業(yè)負責人向《風能》解釋。據(jù)他分析，這是由于海上風電開發(fā)起步較晚，近海海域已被其他功能占用所導致。
“比如，一些地區(qū)在全面征求各部門意見，去除各類影響因素后，最終納入海上風電開發(fā)規(guī)劃的海域只有資源普查時的25%~65%。”有專家坦言，“還有一些海域，能用于海上風電開發(fā)的只剩下邊邊角角，項目難以形成規(guī)模。”
不僅我國存在上述問題，一些沿海經(jīng)濟發(fā)達的國家，此類情況可能更嚴重。因此，已有不少國家將海上風電開發(fā)的目光與行動，聚焦在以專屬經(jīng)濟區(qū)為主的深遠海海域。
例如，歐洲海上風電開發(fā)規(guī)模最大的3個國家?英國、德國、荷蘭，其絕大多數(shù)新增海上風電項目都位于專屬經(jīng)濟區(qū)中。此外，還有眾多歐洲沿海國家在制定海上風電規(guī)劃時，將專屬經(jīng)濟區(qū)納入其中。日本則于2024年3月通過了《海域利用促進法案》修正案，宣布將海上風電場的建設區(qū)域擴大至專屬經(jīng)濟區(qū)。
據(jù)世界銀行（WB）對115個擁有海岸線國家的分析，在全球海上風電技術可開發(fā)容量中，有71%位于較深水域。國家發(fā)展改革委能源研究所發(fā)布的《中國風電發(fā)展路線圖2050》顯示，我國近海水深5~50m范圍內(nèi)，風能資源技術開發(fā)量為5億千瓦，深遠海風能可開發(fā)量是近海的3~4倍以上。
“在專屬經(jīng)濟區(qū)開發(fā)風電，可以說是一項開疆辟土的工作。”在日前于浙江省寧波市舉行的第九屆全球海上風電大會上，有嘉賓談道：“它為我國海洋經(jīng)濟發(fā)展找到了一個新空間，將成為領海外的先行者。”
為了積累深遠海風電開發(fā)經(jīng)驗，促進相關技術進步，我國正以“試點先行”為著力點，推動開展各項準備工作。2021年10月21日，國家發(fā)展改革委、國家能源局、財政部、自然資源部、生態(tài)環(huán)境部、住房和城鄉(xiāng)建設部、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、中國氣象局、國家林業(yè)和草原局聯(lián)合印發(fā)的《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，提出“結(jié)合基地開發(fā)建設推進深遠海海上風電平價示范和海上能源島示范工程”，拉開了我國深遠海風電開發(fā)的序幕。
除加快推動項目示范外，業(yè)內(nèi)還在期盼政策的進一步明確，包括全國層面的專屬經(jīng)濟區(qū)風電規(guī)劃，以及相關海域風電開發(fā)的管理制度等。
融合發(fā)展產(chǎn)生價值加成
能源供給是經(jīng)濟社會活動的基礎。當風電開發(fā)走向深遠海，一些在此類海域因無法得到電源支持而難以形成規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，將得以破解發(fā)展問題；而風電通過與這些產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，也將在項目開發(fā)的基礎上獲得更高的價值加成，獲得更廣泛的支持。
在深遠海風電一系列融合發(fā)展的創(chuàng)新場景與模式中，風電制氫是最被看好的領域之一。隨著深遠海風電規(guī)?；l(fā)展，其技術經(jīng)濟性有望取得突破，不僅將極大地釋放海上風電價值，還可以催生一系列新產(chǎn)業(yè)。
陽光氫能科技有限公司解決方案總監(jiān)丁時康在第九屆全球海上風電大會上表示，通過使用網(wǎng)電的傳統(tǒng)制氫方式，氫能產(chǎn)量較少，應用場景受限，只能用于火電廠、半導體、浮法玻璃等小型應用場景。而采用海上風電等可再生能源柔性制氫系統(tǒng)，由于電力取之不盡、用之不竭，其應用場景將更加豐富，包括石油化工、鋼鐵水泥、氫能交通等領域。
甚至有專家設想，可以將深遠海風電項目與制氫相結(jié)合，為遠洋船舶提供氫能供給服務，從而改變現(xiàn)有的航運業(yè)商業(yè)模式，并進一步增強海洋經(jīng)濟活動水平。
目前，海上風電制氫在技術上仍需要破解一些挑戰(zhàn)。丁時康認為，風電存在波動性，可能使制氫設備出現(xiàn)頻繁啟停，這需要通過柔性制氫技術去適應與解決。一方面，不少海上風電制氫項目將離網(wǎng)運行，電網(wǎng)微網(wǎng)支撐能力必不可少；另一方面，電解水制氫設備需要具備快速動態(tài)響應能力，并且具有寬負荷調(diào)節(jié)及頻繁啟停適應能力，在不同的負荷水平下同樣可以運行，從而提升電能的利用率。
深遠海風電與漁業(yè)相結(jié)合的腳步，似乎要更快一些，因為漁業(yè)同樣有向深遠海發(fā)展的強烈需求。在今天走向“深藍”的過程中，海上風電并不孤單，海洋牧場正在成為攜手共進的另一方。
“近海污染范圍不斷擴大，高密度養(yǎng)殖帶來了環(huán)境、病害及質(zhì)量安全等問題。國家級海洋牧場示范區(qū)建設規(guī)劃提出發(fā)展、建設和推進現(xiàn)代化海洋牧場。”浙江大學寧波理工學院機電與能源工程學院副院長、教授宋瑞銀談道。
明陽智能海洋能源研究院海工總體工程師劉品進一步表示，深遠海養(yǎng)殖具有非常明顯的優(yōu)勢，它離岸距離比較遠，水質(zhì)會更好，網(wǎng)箱內(nèi)水體交換更快，網(wǎng)箱溶氧量更高，非常有利于魚類的生長。
打造海洋牧場的關鍵是裝備支持，這涉及兩個方面：一是深遠海風浪大，養(yǎng)殖設備能否抗住風浪；二是深遠海養(yǎng)殖需要智能化運維，所需的能量來自哪里。通過與海上風電相結(jié)合，這兩項挑戰(zhàn)都可迎刃而解。
一方面，海上風電項目可為海洋牧場提供電能，便于海洋牧場的智能化；另一方面，海上風電項目建有通信系統(tǒng)，它可以為海洋牧場提供遠程監(jiān)測、自動控制等智能化功能。并且，海上風電機組之間的間距較大，能夠利用這些海域面積與海洋牧場實施綜合立體的養(yǎng)殖。
“海上風電風漁互補有兩種模式：一是共場域，基于風電機組打造海洋牧場，還可與文旅產(chǎn)業(yè)相結(jié)合；二是共結(jié)構(gòu)，利用海上風電機組設置網(wǎng)箱，包括漂浮式風電與各類網(wǎng)箱養(yǎng)殖相結(jié)合。”宋瑞銀談道。
海上風電與海洋牧場在同場開發(fā)與同步建設的過程中，還能夠有效分擔建設成本。
目前，我國已有一些風漁互補的成功案例，如明陽智能的“明漁一號”、龍源電力的“國能共享號”，中廣核汕尾“伏羲一號”也于近期投放安裝。
不折不扣的新質(zhì)生產(chǎn)力
“無論是在裝備制造還是工程技術上，海上風電的創(chuàng)新特點均極為明顯，并可拉動產(chǎn)業(yè)鏈相關領域的技術進步，是不折不扣的新質(zhì)生產(chǎn)力。”上述專家表示。尤其是在走向深遠海與平價開發(fā)的過程中，風電設備與工程技術水平必須得到相應的提高，以破解各種各樣的挑戰(zhàn)。
例如，深遠海風電項目距離陸地較遠，這將在一定程度上提高送出成本。開發(fā)或選擇更合理的送出技術路線，優(yōu)化送出方式，是應對這項挑戰(zhàn)的重要手段。
深遠海風電后續(xù)送出線路是66kV，甚至一些專家提出能否采用110kV。此外，對于直流是采用工頻還是低頻，都需要進行深入研究。多位專家表示，為進一步控制深遠海風電送出成本，各地政府與電網(wǎng)公司應加強協(xié)同，盡量采用集中送出方式，分攤開發(fā)企業(yè)的投資成本。
“海油觀瀾號”
目前，我國在深遠海風電整機技術方面已經(jīng)獲得了一系列成果，除已有“三峽引領號”、“海油觀瀾號”、中船海裝“扶搖號”、“國能共享號”、“明陽天成號”等漂浮式風電機組平臺實現(xiàn)并網(wǎng)或安裝外，還有不少整機商正在研發(fā)或推出16~20MW超大容量漂浮式海上風電機組。
“在漂浮式海上風電機組的建造、運輸和安裝方面，挑戰(zhàn)還是比較大的。”中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司新能源工程院總工程師王濱表示，“首先是大兆瓦機組超長柔性葉片設計，在超低頻穩(wěn)定控制和輕量化降本增效上的難度較大。其次是漂浮式基礎需要的建造場地不小于5萬平方米，國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)基地難以滿足需求。再次是目前漂浮式海上風電機組的生產(chǎn)周期超過6個月，難以滿足后續(xù)開發(fā)建設需求。此外，漂浮式海上風電機組對下水碼頭的等級要求比較高。目前，國內(nèi)能夠滿足漂浮式海上風電機組生產(chǎn)和儲運的基地有限，建造場地、碼頭形式、機組吊裝能力等因素，都限制了基礎結(jié)構(gòu)的設計。”
因此，不少專家都提到了專用風電母港的建設問題。運達股份解決方案室主任雷鵬濤表示，經(jīng)過初步測算，母港能夠使深遠海風電項目的投資下降14%。他還進一步提到，針對深遠海風電整機技術，還需做好機組大型化、支撐結(jié)構(gòu)一體化、漂浮式一體化、導管架一體化設計研究工作，并根據(jù)深遠海水深情況選用導管架或漂浮式基礎。
明陽智能風能研究院副總工程師孫啟濤以剛剛完成葉輪吊裝的“明陽天成號”為例，向《風能》介紹漂浮式風電機組的技術創(chuàng)新方向。他談道：“雙機頭機組的兩個葉輪將朝相反方向轉(zhuǎn)動，對向旋轉(zhuǎn)使得葉輪中間區(qū)域的風速提升，空氣動能轉(zhuǎn)化的電能也隨之增加，比同等掃風面積的單個大風輪機組的發(fā)電量提升4.29%。單點系泊方案使支撐結(jié)構(gòu)極限載荷降低40%，從而提高了風電機組在臺風天氣中的安全性和穩(wěn)定性。采用抗壓能力達到115MPa以上的超高性能混凝土材料來進行漂浮式基礎的制造，這種混凝土材料的強度達到普通混凝土的4倍左右，大大增加了漂浮式基礎結(jié)構(gòu)的承載能力。機組上還安裝了超過3000個智能感應器，可實時感知2000多個零部件運行狀態(tài)。”
多位專家認為，漂浮式海上風電技術的降本空間較大，通過更先進的技術手段和規(guī)模化開發(fā)，深遠海風電投資成本將得到不斷優(yōu)化。
“目前，國內(nèi)的漂浮式項目，單位千瓦造價在4萬元以上；預計到2025年能達到相對有競爭力的成本水平，投資成本有望降至2.5萬元/千瓦左右；2030年降至與固定式海上風電相當?shù)乃?，達到1.5萬元/千瓦左右。”孫啟濤表示。
來源：《風能》雜志，文：趙靚
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