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近日，全球首臺16兆瓦超大容量海上風(fēng)電機(jī)組在福建并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著我國海上風(fēng)電大容量機(jī)組研發(fā)制造及運(yùn)營能力再上新臺階。推動度電成本下降，研制關(guān)鍵零部件，發(fā)展走向深遠(yuǎn)海……近年來，我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，已進(jìn)入規(guī)模化開發(fā)階段。面向未來，隨著技術(shù)不斷突破、跨產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展持續(xù)推進(jìn)，海上風(fēng)電行業(yè)將走得更遠(yuǎn)、更穩(wěn)。

福建北部海域，一臺臺百米高的白色風(fēng)機(jī)迎風(fēng)轉(zhuǎn)動，將綠色電能送往千家萬戶。日前，全球首臺16兆瓦超大容量海上風(fēng)電機(jī)組在這里成功并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著我國海上風(fēng)電大容量機(jī)組研發(fā)制造及運(yùn)營能力再上新臺階。

截至2022年底，我國海上風(fēng)電累計裝機(jī)已超3000萬千瓦，連續(xù)兩年位居全球首位，占比達(dá)一半左右。將時間軸拉長，截至2012年底，累計裝機(jī)約39萬千瓦；截至2017年底，累計裝機(jī)約279萬千瓦。可以看出，我國海上風(fēng)電雖然起步較晚，但發(fā)展迅猛，已進(jìn)入規(guī)模化開發(fā)階段。

《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》提出，“積極推動近海海上風(fēng)電規(guī)模化發(fā)展”“推動深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新和示范應(yīng)用”。我國發(fā)展海上風(fēng)電有哪些優(yōu)勢？下一步還需向哪些方面發(fā)力？

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開發(fā)勢頭強(qiáng)勁，大幅提升經(jīng)濟(jì)性

要了解16兆瓦海上風(fēng)機(jī)“巨無霸”，不妨先看幾個關(guān)鍵字：“大”，單支葉片長123米，葉輪掃風(fēng)面積約7個足球場大小；“高”，輪轂中心高度152米，相當(dāng)于50層樓高；“綠”，每年可輸出超6600萬千瓦時的綠色電力，能滿足3.6萬戶三口之家一年的用電量。不僅如此，其開發(fā)應(yīng)用還攻克了超長柔性葉片、大型主軸軸承、超大容量發(fā)電機(jī)小型化等一系列關(guān)鍵技術(shù)難題。

從2007年1.5兆瓦風(fēng)機(jī)在渤海建成發(fā)電、葉片長度不到40米，到如今的16兆瓦、18兆瓦“巨無霸”風(fēng)機(jī)陸續(xù)推出，機(jī)組大型化成為海上風(fēng)電發(fā)展的顯著趨勢。“應(yīng)用更大的風(fēng)電機(jī)組，能夠節(jié)省用海面積、提高發(fā)電效率、降低安裝施工成本等，繼而推動項目整體度電成本下降。”金風(fēng)科技海上業(yè)務(wù)單元總經(jīng)理于晨光說，以100萬千瓦海上風(fēng)電項目為例，如果采用8兆瓦機(jī)組，需要125臺；采用16兆瓦機(jī)組，只需63臺，能節(jié)約35%以上的用海面積、降低40%以上的塔筒成本。另外，16兆瓦風(fēng)機(jī)捕風(fēng)效率有所提高，發(fā)電量比兩臺8兆瓦風(fēng)機(jī)還要提升6%以上。總體推算，項目度電成本能降低12.5%左右。

這只是我國海上風(fēng)電快速發(fā)展的一個縮影。中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會秘書長秦海巖介紹，當(dāng)前我國已具備大容量海上風(fēng)電機(jī)組自主設(shè)計、研發(fā)、制造、安裝、調(diào)試、運(yùn)行能力。看制造，我國生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)、輪轂、塔架等鑄鍛件以及葉片、齒輪箱、軸承等關(guān)鍵零部件產(chǎn)量占到全球市場的70%以上。看安裝，去年9月，我國自主建造的2000噸級海上風(fēng)電安裝平臺“白鶴灘”號交付投運(yùn)，大幅增強(qiáng)了海上風(fēng)電機(jī)組施工安裝能力。

依托規(guī)模化開發(fā)與技術(shù)進(jìn)步，海上風(fēng)電開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性大幅提高。秦海巖介紹，2010年至2021年，我國海上風(fēng)電度電成本降幅接近56%。當(dāng)前海上風(fēng)電項目平均度電成本已降至0.33元/千瓦時左右，到“十四五”末有望實(shí)現(xiàn)全面平價。

面向未來，海上風(fēng)電發(fā)展前景廣闊。一方面，發(fā)展有資源。我國擁有約1.8萬多公里大陸海岸線，海上風(fēng)能資源豐富。“我國近海和深遠(yuǎn)海150米高度、離岸200公里以內(nèi)且水深小于100米的海上風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量為27.8億千瓦。目前海上風(fēng)機(jī)累計裝機(jī)僅為3000多萬千瓦，利用率不足1.1%，未來開發(fā)潛力巨大。”秦海巖說。另一方面，消納有空間。我國電力負(fù)荷集中在東部沿海地區(qū)，但能源資源主要集中在西部和北部地區(qū)，靠近沿海地區(qū)發(fā)展海上風(fēng)電，能夠?qū)崿F(xiàn)“電從遠(yuǎn)方來”與“電從身邊來”協(xié)同發(fā)展。

根據(jù)《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，我國將推動山東半島、長三角、閩南、粵東、北部灣等千萬千瓦級海上風(fēng)電基地開發(fā)建設(shè)，推進(jìn)一批百萬千瓦級的重點(diǎn)項目集中連片開發(fā)，結(jié)合基地開發(fā)建設(shè)推進(jìn)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電平價示范和海上能源島示范工程。

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突破關(guān)鍵技術(shù)，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)集群化

風(fēng)力發(fā)電機(jī)來自中車株洲電機(jī)，葉片來自中材科技……全球首臺16兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組主機(jī)由上萬個零部件組成，關(guān)鍵部件均已實(shí)現(xiàn)100%國產(chǎn)化。研制過程中，金風(fēng)科技協(xié)同了數(shù)十家企業(yè)、大學(xué)及科研院所，產(chǎn)業(yè)鏈上下游高效協(xié)同、產(chǎn)學(xué)研深度融合，為風(fēng)電行業(yè)發(fā)展奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

主軸軸承是風(fēng)機(jī)的核心部件。3支總重量100多噸的巨型葉片在旋轉(zhuǎn)時，軸承必須保障它們能長時間平穩(wěn)流暢運(yùn)轉(zhuǎn)，這意味著直徑3.2米的軸承加工誤差不能超過0.01毫米。

“軸承公司之前沒做過這么大尺寸的軸承，我們有這方面的技術(shù)積累，分享給他們滿足風(fēng)機(jī)可靠性所需的載荷、扭矩等相關(guān)資料。歷時9個多月軸承順利交付，結(jié)束了我國不能研制超大容量海上風(fēng)電機(jī)組主軸軸承的歷史。”于晨光說。

智能化應(yīng)用，提高產(chǎn)品性能。渤海海域，山東能源電力集團(tuán)90萬千瓦海上風(fēng)電場有序運(yùn)轉(zhuǎn)，每年可提供32.5億千瓦時綠電。“項目應(yīng)用了狀態(tài)參數(shù)辨識自適應(yīng)增功控制技術(shù)，實(shí)時感知風(fēng)況變化及機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，確保發(fā)電性能達(dá)到最優(yōu)，單機(jī)能夠提升約3%的發(fā)電量。”山東能源電力集團(tuán)黨委書記李偉介紹。對于一些項目的抗臺風(fēng)型風(fēng)機(jī)，借助智能控制系統(tǒng)還能保證葉片始終處于最小受力角度，避免葉片發(fā)生渦激振動。

集群化發(fā)展，提升供應(yīng)鏈韌性。廣東汕頭，國際風(fēng)電創(chuàng)新港項目正在加緊建設(shè)，未來這里將聚集風(fēng)電整機(jī)、葉片、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、軸承等全產(chǎn)業(yè)鏈制造企業(yè)，以及檢驗(yàn)檢測實(shí)驗(yàn)室和大型科研裝置，形成“研發(fā)設(shè)計一體化、工藝流程一體化、生產(chǎn)制造一體化、檢測認(rèn)證一體化”四個一體化的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)集群。

“大型風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)、齒輪箱等體積大、陸運(yùn)不便，依托汕頭國際風(fēng)電創(chuàng)新港，有助于海上風(fēng)電裝備及服務(wù)出口，降低物流成本。”于晨光介紹。和其他風(fēng)電集群項目有所不同，汕頭國際風(fēng)電創(chuàng)新港打通企業(yè)和企業(yè)之間的“圍墻”，相當(dāng)于在一個超大廠房里，不同車間里的工序高效流轉(zhuǎn)，減少運(yùn)輸環(huán)節(jié)。設(shè)備制造完后，還可以就近在旁邊的實(shí)驗(yàn)中心測試，提升迭代速度，為我國海上風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新和大型機(jī)組研制提供有力支撐。

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向深遠(yuǎn)海進(jìn)軍，促進(jìn)跨產(chǎn)業(yè)融合

目前，全球70%的潛在海風(fēng)資源位于水深大于60米的深水海域。由近海走向深遠(yuǎn)海，是海上風(fēng)電發(fā)展的必然趨勢。

今年5月，我國首座深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電平臺“海油觀瀾號”并入文昌油田群電網(wǎng)，開啟為海上油氣田輸送綠電的新里程。作為我國第一個工作海域距離海岸線100公里以上、水深超過100米的浮式風(fēng)電平臺，“海油觀瀾號”的建成投用，使我國海上風(fēng)電的自主開發(fā)能力從水深不到50米提升至100米級以上。

中國海油研究總院院長米立軍介紹，在近淺海，風(fēng)機(jī)是通過鋼管或者導(dǎo)管架，深深插入海底，固定風(fēng)機(jī)；在深遠(yuǎn)海，這種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)變得過于龐大，性價比將大打折扣。“浮式平臺可以打破作業(yè)水深和海底固定安裝條件的限制，有效拓展深遠(yuǎn)海風(fēng)能資源開發(fā)。”米立軍說。

但目前來看，我國深遠(yuǎn)海浮式風(fēng)電的發(fā)展仍面臨一些挑戰(zhàn)。例如漂浮式風(fēng)電的系泊纜、電纜等高端產(chǎn)品的國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈還不完整，運(yùn)維數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)積累相對不足；從成本來說，漂浮式風(fēng)電項目造價較高，平均度電成本相較傳統(tǒng)固定式海上風(fēng)電高出3倍左右，仍處于商業(yè)化初期，亟須探索顛覆性新技術(shù)和高效開發(fā)模式，向規(guī)模化階段邁進(jìn)。

根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，我國將推進(jìn)漂浮式風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)、遠(yuǎn)海柔性直流輸電技術(shù)創(chuàng)新和示范應(yīng)用，力爭“十四五”期間開工建設(shè)我國首個漂浮式商業(yè)化海上風(fēng)電項目。在上海、江蘇、浙江、福建、山東、廣東、廣西等資源和建設(shè)條件好的區(qū)域，結(jié)合基地項目建設(shè)，推動一批百萬千瓦級深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電示范工程開工建設(shè)，2025年前力爭建成一至兩個平價海上風(fēng)電場工程。

不少受訪對象談到，隨著海上風(fēng)電開發(fā)提速以及走向深遠(yuǎn)海，相應(yīng)的審批流程、用海政策等方面可以進(jìn)一步優(yōu)化，并完善海洋、氣象、海事、環(huán)保等部門的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機(jī)制，進(jìn)行整體規(guī)劃，促進(jìn)具備條件的項目盡早開工建設(shè)。

與此同時，行業(yè)仍需保持合理的開發(fā)節(jié)奏。秦海巖認(rèn)為，海上風(fēng)電技術(shù)正處在快速迭代中，如果使用現(xiàn)有技術(shù)大干快上，不僅成本高、風(fēng)險大，也無法讓風(fēng)能資源得到最有效利用，造成浪費(fèi)。因此，“十四五”海上風(fēng)電發(fā)展的主基調(diào)依然是穩(wěn)妥，不應(yīng)盲目追求規(guī)模。

海上風(fēng)電行業(yè)要走得更遠(yuǎn)、更穩(wěn)，跨產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展是探索方向。在文昌油田群，通過打造海上風(fēng)電與海洋油氣融合發(fā)展新模式，將油田群的4個燃料電站與“海油觀瀾號”風(fēng)電平臺融合成一個整體，實(shí)現(xiàn)海洋油氣綠色低碳開發(fā)。“未來，可以推動海上風(fēng)電項目開發(fā)與海洋牧場、海水制氫、觀光旅游等相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)‘海上糧倉+藍(lán)色能源’立體開發(fā)，助力解決單一海洋資源開發(fā)瓶頸問題。”秦海巖說。