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舒印彪:新型清洁能源海上风电——“电从海上来”

作者:舒印彪   发布时间:2024年01月31日    浏览量:164   字体大小:  A+   A- 

海风轻拂,“风车”转动,一座座海上风电机组源源不断送来电能,“电从海上来”的场景正在我国沿海不断出现。

自2007年建成第一台海上风电机组至今,我国海上风电实现了跨越式发展。海上风电装机容量从2015年的104万千瓦增至3650万千瓦,占全球海上风电装机容量的近一半,位居世界第一。我国已形成从开发设计、生产制造到施工建设、运维管理较为完整的海上风电技术链、产业链。2023年,我国风电机组、叶片、齿轮箱、发电机、固定式基础等产能占全球产能比重均超过60%。

能源是人类赖以生存的基础,构建新型能源体系是时代向我们提出的课题。国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》提出,坚持陆海并重,推动风电协调快速发展,完善海上风电产业链,鼓励建设海上风电基地。作为优质清洁能源,海上风电是新型能源体系的重要组成。我国海上风能资源丰富,大力发展海上风电对保障我国能源安全、推进绿色低碳转型、实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。

助力经济社会绿色可持续发展

我们为什么要走向海洋,发展海上风电?

为提升清洁能源供应保障能力。从自然条件上看,我国沿海5米—50米水深、海平面以上70米高度的海上风电资源可开发量超过5亿千瓦。海上平均风速比陆上高20%左右,海上风电年平均利用小时数超过2500小时,最高可超过4000小时,平均比陆上风电高500小时左右。从区域经济上看,我国东部沿海地区经济发达,是重要的用电负荷中心,海上风电靠近沿海省份,就近接入,对保障东部地区能源电力供应、提高非化石能源消费比重具有重要作用。此外,海上风电还能与“西电东送”形成时间、空间上的互补,保障我国电力系统运行的可靠性和充裕性。

有助于推动海洋强国建设。发展海上风电能够带动海洋测风、海洋工程等相关上下游产业链联动发展,助力海上风能与海洋潮汐能、海上光伏、氢能、海上油气资源等协同开发,实现设施共享、联合运维,促进海上新型能源产业发展。海上风电还可以和海洋牧场、海洋监测、旅游服务等共同发展,实现“海上粮仓+清洁能源”立体开发,提高海洋资源综合利用效率。通过多领域深度融合,将有力推动海洋资源开发向循环利用型转变。

新能源技术和电力科技新高地

要在汪洋大海上建起“发电厂”,面临诸多技术挑战。海上风电场处在强风、大浪、咸水腐蚀的复杂海洋环境中,风机基础要承受风、浪、海流等多种载荷,长距离的海底输电线路需具备防水、耐腐蚀、抗机械牵拉及外力碰撞等多重性能,机组安装还要利用大型海上专业施工船舶作业。因此,海上风电对装备设计、制造、建设、安装技术和建成后的机组运维、故障处理要求都很高。

近年来,我国海上风电核心装备技术水平快速提升,已具备大容量海上风电机组自主设计、研发制造、安装调试、运行检修能力,零部件整体国产化率达到90%以上,为解决上述难题提供了有效方案。

制造大容量风电机组可以有效提升风能开发利用水平,降低单位容量工程投资和安装施工运维成本,是海上风电技术发展的主要方向。我国自主研发的B1260A型叶片长度达126米,是全球最长风电叶片。2023年7月,全球首台16兆瓦海上风电机组在福建海上风电场成功并网发电。机组轮毂中心高度152米,相当于50层楼高,叶轮扫风面积约5万平方米,相当于7个足球场,叶片每转1圈,可发电约34千瓦时,每年可输出超6600万千瓦时清洁电能,满足3.6万户三口之家一年的用电量。主轴承如同海上风电机组的“关节”,是决定机组设备使用寿命的关键。紧随新型叶片,我国自主研发的18兆瓦海上风电主轴承在2023年8月下线,实现了大功率风机轴承国产化。

不只风电机组,海上风电是复杂的系统工程,需要并网送出、海上施工、运行维护等配套工程技术配合。柔性直流输电技术具有潮流反转方便快捷、事故后快速恢复供电以及黑启动等诸多优点,能有效解决海上风电场大容量、远距离输电问题。2021年,我国首个海上风电柔性直流输电工程——江苏如东海上风电±400千伏柔性直流输电系统成功并网,在建的广东阳江青洲海上风电项目则采用更先进的±500千伏柔性直流输电技术。设备运输、安装施工、运行维护也需要研制专门的船舶。2022年,国内首艘第四代海上风电安装平台“白鹤滩”号交付使用。该船配备的绕桩式起重机可以起吊2000吨的风电基础和风机设备,相当于吊起1300辆家用小汽车,增强了我国近海深水区及深远海风电机组施工安装能力。2023年11月,配置了智能运维信息化系统、海缆敷设及海缆抢修等系统的多功能风电运维母船“海峰3001”号投入使用,助力解决海上风电运维的痛点和难点。

规划引领,科技支撑,实现海上风电高质量发展

深远海风能资源可开发量是近海的3倍以上,发电更加稳定,是海上风电开发的重点。《“十四五”现代能源体系规划》提出,鼓励建设海上风电基地,推进海上风电向深水远岸区域布局。我国沿海省份纷纷制订海上风电发展规划,推动海上风电由近及远有序开发。深远海意味着新的挑战,传统固定式基础施工成本高、受海底地形与暗流影响大,深远海漂浮式风电技术应运而生。去年5月,我国首座深远海漂浮式风电平台“海油观澜号”并网发电,工作海域距离海岸线100公里以上、水深超过100米,年均发电量可达2200万千瓦时。

瞩目未来,海上风电将在能源转型中扮演更加重要的角色。根据东部沿海各省份海上风电发展规划测算,预计到2030年,我国海上风电装机将达到1.5亿千瓦,海上风电发电量占东部沿海地区用电量比重将达到约10%;到2060年,海上风电装机将超过10亿千瓦,海上风电发电量占东部沿海地区用电量比重将超过30%。海上风电开发要素多、投资大、风险高,要加强资源勘测,建立海洋空间大数据库,开展海上风电资源开发利用总体规划,推进集约化、规模化开发,提升资源开发整体效益。

新的目标,对风电开发基础能力提出新的要求。面对复杂开发环境以及发电预测、电力消纳难以准确评估的难题,需要加强资源评估、微观选址、设备选型、并网分析等环节全过程协同设计与优化迭代,构建海上风电全过程协同开发体系。建立适应不同应用场景的精细化仿真平台,提高新装备与新技术验证水平,降低海上风电项目开发技术风险。建立海上风电技术标准和检测认证体系,实现技术产品标准化、序列化。开发高效率成套测试验证平台,以标准化促进技术成果应用、提高生产效率。健全绿色产品标准认证体系,推行绿色设计、绿色制造、绿色建造,促进资源循环再利用。

关键领域科技创新时不我待。进一步降低海上风电建设成本、提升开发利用效率,需要发挥科技创新引领作用,加强项目勘察、设计、施工、安装、运维等技术研发,突破大型碳纤维叶片等技术瓶颈,发展海上风电柔性直流输电、海上换流平台紧凑型轻量化等技术。研发适应深远海域的超大型安装平台,让数字化技术与深远海资源勘测、项目建设、智能运维等环节深度融合。

随着海上风电技术进一步发展,相信会有更多机组挺立在大海之上,为经济社会发展持续注入绿色能量。

来源:人民日报