7月3日，全球單體容量最大的漂浮式風(fēng)電平臺“明陽(yáng)天成號”完成安裝，并開(kāi)始向深遠海啟航。這臺由兩個(gè)8.3MW風(fēng)電主機以“V”字構成的漂浮式風(fēng)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(fēng)電平臺，而海南首個(gè)批量漂浮式海上風(fēng)電項目也完成了主機招標工作，蓄勢待發(fā)。
向深遠海行進(jìn)，將成為未來(lái)一段時(shí)間我國風(fēng)電新市場(chǎng)、新模式與新技術(shù)的交匯點(diǎn)。
海洋產(chǎn)業(yè)中的后起之秀
近年來(lái)，我國海上風(fēng)電取得了舉世矚目的發(fā)展成就。中國可再生能源學(xué)會(huì )風(fēng)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì )（CWEA）的數據顯示，2023年我國海上風(fēng)電累計裝機容量達到3769萬(wàn)千瓦，占全球的50%；新增裝機容量達到718.3萬(wàn)千瓦，占全球的58%?？梢哉f(shuō)，中國是全球海上風(fēng)電市場(chǎng)中最關(guān)鍵的組成部分，正驅動(dòng)全球相關(guān)產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，為能源結構轉型、經(jīng)濟發(fā)展、應對氣候變化作出了重要的貢獻。
隨著(zhù)我國向碳中和目標邁進(jìn)，海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)規模不斷增大，需求也愈加強烈。然而，在開(kāi)發(fā)布局與發(fā)展空間上，近海風(fēng)電正面臨航道、保護區、養殖、軍事等一系列限制性與不確定性因素，導致項目前期規劃與審批流程復雜，開(kāi)發(fā)周期較長(cháng)。例如，有的項目在規劃時(shí)已充分考慮了航道的影響，但進(jìn)入開(kāi)發(fā)環(huán)節后又不得不讓步于交通部門(mén)的航道新規劃。
“海域的使用肯定應考慮先來(lái)后到，因此，在前期階段要與很多部門(mén)協(xié)調，可以感到我們相對弱勢。”一位風(fēng)電開(kāi)發(fā)企業(yè)負責人向《風(fēng)能》解釋。據他分析，這是由于海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)起步較晚，近海海域已被其他功能占用所導致。
“比如，一些地區在全面征求各部門(mén)意見(jiàn)，去除各類(lèi)影響因素后，最終納入海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)規劃的海域只有資源普查時(shí)的25%~65%。”有專(zhuān)家坦言，“還有一些海域，能用于海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)的只剩下邊邊角角，項目難以形成規模。”
不僅我國存在上述問(wèn)題，一些沿海經(jīng)濟發(fā)達的國家，此類(lèi)情況可能更嚴重。因此，已有不少?lài)覍⒑Ｉ巷L(fēng)電開(kāi)發(fā)的目光與行動(dòng)，聚焦在以專(zhuān)屬經(jīng)濟區為主的深遠海海域。
例如，歐洲海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)規模最大的3個(gè)國家?英國、德國、荷蘭，其絕大多數新增海上風(fēng)電項目都位于專(zhuān)屬經(jīng)濟區中。此外，還有眾多歐洲沿海國家在制定海上風(fēng)電規劃時(shí)，將專(zhuān)屬經(jīng)濟區納入其中。日本則于2024年3月通過(guò)了《海域利用促進(jìn)法案》修正案，宣布將海上風(fēng)電場(chǎng)的建設區域擴大至專(zhuān)屬經(jīng)濟區。
據世界銀行（WB）對115個(gè)擁有海岸線(xiàn)國家的分析，在全球海上風(fēng)電技術(shù)可開(kāi)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(fēng)電發(fā)展路線(xiàn)圖2050》顯示，我國近海水深5~50m范圍內，風(fēng)能資源技術(shù)開(kāi)發(fā)量為5億千瓦，深遠海風(fēng)能可開(kāi)發(fā)量是近海的3~4倍以上。
“在專(zhuān)屬經(jīng)濟區開(kāi)發(fā)風(fēng)電，可以說(shuō)是一項開(kāi)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(fēng)電大會(huì )上，有嘉賓談道：“它為我國海洋經(jīng)濟發(fā)展找到了一個(gè)新空間，將成為領(lǐng)海外的先行者。”
為了積累深遠海風(fēng)電開(kāi)發(fā)經(jīng)驗，促進(jìn)相關(guān)技術(shù)進(jìn)步，我國正以“試點(diǎn)先行”為著(zhù)力點(diǎn)，推動(dòng)開(kāi)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、住房和城鄉建設部、農業(yè)農村部、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)展規劃》，提出“結合基地開(kāi)發(fā)建設推進(jìn)深遠海海上風(fēng)電平價(jià)示范和海上能源島示范工程”，拉開(kāi)了我國深遠海風(fēng)電開(kāi)發(fā)的序幕。
除加快推動(dòng)項目示范外，業(yè)內還在期盼政策的進(jìn)一步明確，包括全國層面的專(zhuān)屬經(jīng)濟區風(fēng)電規劃，以及相關(guān)海域風(fēng)電開(kāi)發(fā)的管理制度等。
融合發(fā)展產(chǎn)生價(jià)值加成
能源供給是經(jīng)濟社會(huì )活動(dòng)的基礎。當風(fēng)電開(kāi)發(fā)走向深遠海，一些在此類(lèi)海域因無(wú)法得到電源支持而難以形成規模的產(chǎn)業(yè)，將得以破解發(fā)展問(wèn)題；而風(fēng)電通過(guò)與這些產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，也將在項目開(kāi)發(fā)的基礎上獲得更高的價(jià)值加成，獲得更廣泛的支持。
在深遠海風(fēng)電一系列融合發(fā)展的創(chuàng )新場(chǎng)景與模式中，風(fēng)電制氫是最被看好的領(lǐng)域之一。隨著(zhù)深遠海風(fēng)電規?；l(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(fēng)電價(jià)值，還可以催生一系列新產(chǎn)業(yè)。
陽(yáng)光氫能科技有限公司解決方案總監丁時(shí)康在第九屆全球海上風(fēng)電大會(huì )上表示，通過(guò)使用網(wǎng)電的傳統制氫方式，氫能產(chǎn)量較少，應用場(chǎng)景受限，只能用于火電廠(chǎng)、半導體、浮法玻璃等小型應用場(chǎng)景。而采用海上風(fēng)電等可再生能源柔性制氫系統，由于電力取之不盡、用之不竭，其應用場(chǎng)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(zhuān)家設想，可以將深遠海風(fēng)電項目與制氫相結合，為遠洋船舶提供氫能供給服務(wù)，從而改變現有的航運業(yè)商業(yè)模式，并進(jìn)一步增強海洋經(jīng)濟活動(dòng)水平。
目前，海上風(fēng)電制氫在技術(shù)上仍需要破解一些挑戰。丁時(shí)康認為，風(fēng)電存在波動(dòng)性，可能使制氫設備出現頻繁啟停，這需要通過(guò)柔性制氫技術(shù)去適應與解決。一方面，不少海上風(fēng)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(dòng)態(tài)響應能力，并且具有寬負荷調節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(fēng)電與漁業(yè)相結合的腳步，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(guò)程中，海上風(fēng)電并不孤單，海洋牧場(chǎng)正在成為攜手共進(jìn)的另一方。
“近海污染范圍不斷擴大，高密度養殖帶來(lái)了環(huán)境、病害及質(zhì)量安全等問(wèn)題。國家級海洋牧場(chǎng)示范區建設規劃提出發(fā)展、建設和推進(jìn)現代化海洋牧場(chǎng)。”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(cháng)、教授宋瑞銀談道。
明陽(yáng)智能海洋能源研究院海工總體工程師劉品進(jìn)一步表示，深遠海養殖具有非常明顯的優(yōu)勢，它離岸距離比較遠，水質(zhì)會(huì )更好，網(wǎng)箱內水體交換更快，網(wǎng)箱溶氧量更高，非常有利于魚(yú)類(lèi)的生長(cháng)。
打造海洋牧場(chǎng)的關(guān)鍵是裝備支持，這涉及兩個(gè)方面：一是深遠海風(fēng)浪大，養殖設備能否抗住風(fēng)浪；二是深遠海養殖需要智能化運維，所需的能量來(lái)自哪里。通過(guò)與海上風(fēng)電相結合，這兩項挑戰都可迎刃而解。
一方面，海上風(fēng)電項目可為海洋牧場(chǎng)提供電能，便于海洋牧場(chǎng)的智能化；另一方面，海上風(fēng)電項目建有通信系統，它可以為海洋牧場(chǎng)提供遠程監測、自動(dòng)控制等智能化功能。并且，海上風(fēng)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(chǎng)實(shí)施綜合立體的養殖。
“海上風(fēng)電風(fēng)漁互補有兩種模式：一是共場(chǎng)域，基于風(fēng)電機組打造海洋牧場(chǎng)，還可與文旅產(chǎn)業(yè)相結合；二是共結構，利用海上風(fēng)電機組設置網(wǎng)箱，包括漂浮式風(fēng)電與各類(lèi)網(wǎng)箱養殖相結合。”宋瑞銀談道。
海上風(fēng)電與海洋牧場(chǎng)在同場(chǎng)開(kāi)發(fā)與同步建設的過(guò)程中，還能夠有效分擔建設成本。
目前，我國已有一些風(fēng)漁互補的成功案例，如明陽(yáng)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(wú)論是在裝備制造還是工程技術(shù)上，海上風(fēng)電的創(chuàng )新特點(diǎn)均極為明顯，并可拉動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，是不折不扣的新質(zhì)生產(chǎn)力。”上述專(zhuān)家表示。尤其是在走向深遠海與平價(jià)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，風(fēng)電設備與工程技術(shù)水平必須得到相應的提高，以破解各種各樣的挑戰。
例如，深遠海風(fēng)電項目距離陸地較遠，這將在一定程度上提高送出成本。開(kāi)發(fā)或選擇更合理的送出技術(shù)路線(xiàn)，優(yōu)化送出方式，是應對這項挑戰的重要手段。
深遠海風(fēng)電后續送出線(xiàn)路是66kV，甚至一些專(zhuān)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(jìn)行深入研究。多位專(zhuān)家表示，為進(jìn)一步控制深遠海風(fēng)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(kāi)發(fā)企業(yè)的投資成本。
“海油觀(guān)瀾號”
目前，我國在深遠海風(fēng)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(guān)瀾號”、中船海裝“扶搖號”、“國能共享號”、“明陽(yáng)天成號”等漂浮式風(fēng)電機組平臺實(shí)現并網(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(fēng)電機組。
“在漂浮式海上風(fēng)電機組的建造、運輸和安裝方面，挑戰還是比較大的。”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(cháng)柔性葉片設計，在超低頻穩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(chǎng)地不小于5萬(wàn)平方米，國內現有生產(chǎn)基地難以滿(mǎn)足需求。再次是目前漂浮式海上風(fēng)電機組的生產(chǎn)周期超過(guò)6個(gè)月，難以滿(mǎn)足后續開(kāi)發(fā)建設需求。此外，漂浮式海上風(fēng)電機組對下水碼頭的等級要求比較高。目前，國內能夠滿(mǎn)足漂浮式海上風(fēng)電機組生產(chǎn)和儲運的基地有限，建造場(chǎng)地、碼頭形式、機組吊裝能力等因素，都限制了基礎結構的設計。”
因此，不少專(zhuān)家都提到了專(zhuān)用風(fēng)電母港的建設問(wèn)題。運達股份解決方案室主任雷鵬濤表示，經(jīng)過(guò)初步測算，母港能夠使深遠海風(fēng)電項目的投資下降14%。他還進(jìn)一步提到，針對深遠海風(fēng)電整機技術(shù)，還需做好機組大型化、支撐結構一體化、漂浮式一體化、導管架一體化設計研究工作，并根據深遠海水深情況選用導管架或漂浮式基礎。
明陽(yáng)智能風(fēng)能研究院副總工程師孫啟濤以剛剛完成葉輪吊裝的“明陽(yáng)天成號”為例，向《風(fēng)能》介紹漂浮式風(fēng)電機組的技術(shù)創(chuàng )新方向。他談道：“雙機頭機組的兩個(gè)葉輪將朝相反方向轉動(dòng)，對向旋轉使得葉輪中間區域的風(fēng)速提升，空氣動(dòng)能轉化的電能也隨之增加，比同等掃風(fēng)面積的單個(gè)大風(fēng)輪機組的發(fā)電量提升4.29%。單點(diǎn)系泊方案使支撐結構極限載荷降低40%，從而提高了風(fēng)電機組在臺風(fēng)天氣中的安全性和穩定性。采用抗壓能力達到115MPa以上的超高性能混凝土材料來(lái)進(jìn)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構的承載能力。機組上還安裝了超過(guò)3000個(gè)智能感應器，可實(shí)時(shí)感知2000多個(gè)零部件運行狀態(tài)。”
多位專(zhuān)家認為，漂浮式海上風(fēng)電技術(shù)的降本空間較大，通過(guò)更先進(jìn)的技術(shù)手段和規?；_(kāi)發(fā)，深遠海風(fēng)電投資成本將得到不斷優(yōu)化。
“目前，國內的漂浮式項目，單位千瓦造價(jià)在4萬(wàn)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(wàn)元/千瓦左右；2030年降至與固定式海上風(fēng)電相當的水平，達到1.5萬(wàn)元/千瓦左右。”孫啟濤表示。
來(lái)源：《風(fēng)能》雜志，文：趙靚
評論