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          生態文明建設的倡導者  綠色生活創建的踐行者

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          新型清潔能源海上風電——“電從海上來”

          2024/1/30 14:31:22   人民日報      人氣:3158

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          海風輕拂,“風車”轉動,一座座海上風電機組源源不斷送來電能,“電從海上來”的場景正在我國沿海不斷出現。

          自2007年建成第一臺海上風電機組至今,我國海上風電實現了跨越式發展。海上風電裝機容量從2015年的104萬千瓦增至3650萬千瓦,占全球海上風電裝機容量的近一半,位居世界第一。我國已形成從開發設計、生產制造到施工建設、運維管理較為完整的海上風電技術鏈、產業鏈。2023年,我國風電機組、葉片、齒輪箱、發電機、固定式基礎等產能占全球產能比重均超過60%。

          能源是人類賴以生存的基礎,構建新型能源體系是時代向我們提出的課題。國務院印發的《2030年前碳達峰行動方案》提出,堅持陸海并重,推動風電協調快速發展,完善海上風電產業鏈,鼓勵建設海上風電基地。作為優質清潔能源,海上風電是新型能源體系的重要組成。我國海上風能資源豐富,大力發展海上風電對保障我國能源安全、推進綠色低碳轉型、實現碳達峰碳中和目標具有重要意義。

          助力經濟社會綠色可持續發展

          我們為什么要走向海洋,發展海上風電?

          為提升清潔能源供應保障能力。從自然條件上看,我國沿海5米—50米水深、海平面以上70米高度的海上風電資源可開發量超過5億千瓦。海上平均風速比陸上高20%左右,海上風電年平均利用小時數超過2500小時,最高可超過4000小時,平均比陸上風電高500小時左右。從區域經濟上看,我國東部沿海地區經濟發達,是重要的用電負荷中心,海上風電靠近沿海省份,就近接入,對保障東部地區能源電力供應、提高非化石能源消費比重具有重要作用。此外,海上風電還能與“西電東送”形成時間、空間上的互補,保障我國電力系統運行的可靠性和充裕性。

          有助于推動海洋強國建設。發展海上風電能夠帶動海洋測風、海洋工程等相關上下游產業鏈聯動發展,助力海上風能與海洋潮汐能、海上光伏、氫能、海上油氣資源等協同開發,實現設施共享、聯合運維,促進海上新型能源產業發展。海上風電還可以和海洋牧場、海洋監測、旅游服務等共同發展,實現“海上糧倉+清潔能源”立體開發,提高海洋資源綜合利用效率。通過多領域深度融合,將有力推動海洋資源開發向循環利用型轉變。

          新能源技術和電力科技新高地

          要在汪洋大海上建起“發電廠”,面臨諸多技術挑戰。海上風電場處在強風、大浪、咸水腐蝕的復雜海洋環境中,風機基礎要承受風、浪、海流等多種載荷,長距離的海底輸電線路需具備防水、耐腐蝕、抗機械牽拉及外力碰撞等多重性能,機組安裝還要利用大型海上專業施工船舶作業。因此,海上風電對裝備設計、制造、建設、安裝技術和建成后的機組運維、故障處理要求都很高。

          近年來,我國海上風電核心裝備技術水平快速提升,已具備大容量海上風電機組自主設計、研發制造、安裝調試、運行檢修能力,零部件整體國產化率達到90%以上,為解決上述難題提供了有效方案。

          制造大容量風電機組可以有效提升風能開發利用水平,降低單位容量工程投資和安裝施工運維成本,是海上風電技術發展的主要方向。我國自主研發的B1260A型葉片長度達126米,是全球最長風電葉片。2023年7月,全球首臺16兆瓦海上風電機組在福建海上風電場成功并網發電。機組輪轂中心高度152米,相當于50層樓高,葉輪掃風面積約5萬平方米,相當于7個足球場,葉片每轉1圈,可發電約34千瓦時,每年可輸出超6600萬千瓦時清潔電能,滿足3.6萬戶三口之家一年的用電量。主軸承如同海上風電機組的“關節”,是決定機組設備使用壽命的關鍵。緊隨新型葉片,我國自主研發的18兆瓦海上風電主軸承在2023年8月下線,實現了大功率風機軸承國產化。

          不只風電機組,海上風電是復雜的系統工程,需要并網送出、海上施工、運行維護等配套工程技術配合。柔性直流輸電技術具有潮流反轉方便快捷、事故后快速恢復供電以及黑啟動等諸多優點,能有效解決海上風電場大容量、遠距離輸電問題。2021年,我國首個海上風電柔性直流輸電工程——江蘇如東海上風電±400千伏柔性直流輸電系統成功并網,在建的廣東陽江青洲海上風電項目則采用更先進的±500千伏柔性直流輸電技術。設備運輸、安裝施工、運行維護也需要研制專門的船舶。2022年,國內首艘第四代海上風電安裝平臺“白鶴灘”號交付使用。該船配備的繞樁式起重機可以起吊2000噸的風電基礎和風機設備,相當于吊起1300輛家用小汽車,增強了我國近海深水區及深遠海風電機組施工安裝能力。2023年11月,配置了智能運維信息化系統、海纜敷設及海纜搶修等系統的多功能風電運維母船“海峰3001”號投入使用,助力解決海上風電運維的痛點和難點。

          規劃引領,科技支撐,實現海上風電高質量發展

          深遠海風能資源可開發量是近海的3倍以上,發電更加穩定,是海上風電開發的重點?!丁笆奈濉爆F代能源體系規劃》提出,鼓勵建設海上風電基地,推進海上風電向深水遠岸區域布局。我國沿海省份紛紛制訂海上風電發展規劃,推動海上風電由近及遠有序開發。深遠海意味著新的挑戰,傳統固定式基礎施工成本高、受海底地形與暗流影響大,深遠海漂浮式風電技術應運而生。去年5月,我國首座深遠海漂浮式風電平臺“海油觀瀾號”并網發電,工作海域距離海岸線100公里以上、水深超過100米,年均發電量可達2200萬千瓦時。

          矚目未來,海上風電將在能源轉型中扮演更加重要的角色。根據東部沿海各省份海上風電發展規劃測算,預計到2030年,我國海上風電裝機將達到1.5億千瓦,海上風電發電量占東部沿海地區用電量比重將達到約10%;到2060年,海上風電裝機將超過10億千瓦,海上風電發電量占東部沿海地區用電量比重將超過30%。海上風電開發要素多、投資大、風險高,要加強資源勘測,建立海洋空間大數據庫,開展海上風電資源開發利用總體規劃,推進集約化、規?;_發,提升資源開發整體效益。

          新的目標,對風電開發基礎能力提出新的要求。面對復雜開發環境以及發電預測、電力消納難以準確評估的難題,需要加強資源評估、微觀選址、設備選型、并網分析等環節全過程協同設計與優化迭代,構建海上風電全過程協同開發體系。建立適應不同應用場景的精細化仿真平臺,提高新裝備與新技術驗證水平,降低海上風電項目開發技術風險。建立海上風電技術標準和檢測認證體系,實現技術產品標準化、序列化。開發高效率成套測試驗證平臺,以標準化促進技術成果應用、提高生產效率。健全綠色產品標準認證體系,推行綠色設計、綠色制造、綠色建造,促進資源循環再利用。

          關鍵領域科技創新時不我待。進一步降低海上風電建設成本、提升開發利用效率,需要發揮科技創新引領作用,加強項目勘察、設計、施工、安裝、運維等技術研發,突破大型碳纖維葉片等技術瓶頸,發展海上風電柔性直流輸電、海上換流平臺緊湊型輕量化等技術。研發適應深遠海域的超大型安裝平臺,讓數字化技術與深遠海資源勘測、項目建設、智能運維等環節深度融合。

          隨著海上風電技術進一步發展,相信會有更多機組挺立在大海之上,為經濟社會發展持續注入綠色能量。

          (作者為中國工程院院士、中國電機工程學會理事長)

          推薦讀物

          《海上風電場技術》:劉永前主編;電子工業出版社出版。

          《海上風電與海洋牧場融合技術與產業發展現狀》:陳華譜、王葉主編;中國科學技術大學出版社出版。

          《智慧海上風電場》:羅必雄、喬旭斌、陳亮主編;中國水利水電出版社出版。

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