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(shù)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(xué)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(guān)鍵的組成部分，正驅(qū)動全球相關(guān)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(yīng)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(dǎo)致項目前期規(guī)劃與審批流程復(fù)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(yīng)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(dǎo)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(shè)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(shù)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(shù)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(lǐng)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(guān)技術(shù)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(shè)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(shè)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(guān)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(chǔ)。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(chǔ)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(lǐng)域之一。隨著深遠海風電規(guī)模化發(fā)展，其技術(shù)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(yīng)用場景受限，只能用于火電廠、半導(dǎo)體、浮法玻璃等小型應(yīng)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(yīng)用場景將更加豐富，包括石油化工、鋼鐵水泥、氫能交通等領(lǐng)域。
甚至有專家設(shè)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(wù)，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(shù)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(shè)備出現(xiàn)頻繁啟停，這需要通過柔性制氫技術(shù)去適應(yīng)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(shè)備需要具備快速動態(tài)響應(yīng)能力，并且具有寬負荷調(diào)節(jié)及頻繁啟停適應(yīng)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(shè)規(guī)劃提出發(fā)展、建設(shè)和推進現(xiàn)代化海洋牧場。”浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院機電與能源工程學(xué)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(guān)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(shè)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(shè)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(shè)的過程中，還能夠有效分擔建設(shè)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(shù)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(guān)領(lǐng)域的技術(shù)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(shè)備與工程技術(shù)水平必須得到相應(yīng)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(shù)路線，優(yōu)化送出方式，是應(yīng)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(yīng)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(shù)方面已經(jīng)獲得了一系列成果，除已有“三峽引領(lǐng)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(shè)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(shè)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(chǔ)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(shè)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(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。”
因此，不少專家都提到了專用風電母港的建設(shè)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(shù)，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(dǎo)管架一體化設(shè)計研究工作，并根據(jù)深遠海水深情況選用導(dǎo)管架或漂浮式基礎(chǔ)。
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(shù)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(chǔ)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(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載能力。機組上還安裝了超過3000個智能感應(yīng)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(shù)的降本空間較大，通過更先進的技術(shù)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(yù)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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