文／鄒金儒

海上風(fēng)力發(fā)電的健康發(fā)展是助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要途徑。

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，是以習(xí)近平同志為核心的黨中央經(jīng)過(guò)深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策。作為清潔能源的代表，風(fēng)力發(fā)電的健康發(fā)展是助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要途徑。

我國(guó)海洋資源極為豐富，為風(fēng)電逐漸向海上發(fā)展提供了有利條件。與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也面臨著許多的困難和挑戰(zhàn)。

急需解決的問(wèn)題

隨著風(fēng)電發(fā)展規(guī)模的不斷擴(kuò)大，風(fēng)電的發(fā)展逐漸向海上轉(zhuǎn)移。與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電不需要占用土地，節(jié)省了土地資源。我國(guó)幅員遼闊，海上風(fēng)電資源比陸地更加豐富，而且海上風(fēng)電的發(fā)電利用小時(shí)數(shù)較陸上風(fēng)電高。我國(guó)東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，海上風(fēng)電建設(shè)一般靠近負(fù)荷中心，可以大規(guī)模近距離輸送，由此節(jié)省了發(fā)電成本。

我國(guó)擁有全球最大的海上風(fēng)電市場(chǎng)。有數(shù)據(jù)顯示，2021年，全球海上風(fēng)電裝機(jī)總量達(dá)到50.5GW。其中，我國(guó)風(fēng)機(jī)總裝機(jī)量達(dá)到16.9GW，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到26.39GW，發(fā)展遙遙領(lǐng)先。雖然2022年海上風(fēng)電的新增投產(chǎn)量逐漸放緩，但總體仍處于穩(wěn)步上升階段。海上風(fēng)電憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，引領(lǐng)著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

雖然我國(guó)海上風(fēng)電正在向著規(guī)模化、商業(yè)化高速發(fā)展，但是與陸上風(fēng)電相比還存在著許多急需解決的問(wèn)題。

首先，因?yàn)楹Ｉ掀脚_(tái)的建設(shè)空間有限，所以海上風(fēng)機(jī)、氣象站以及測(cè)風(fēng)塔等的安裝建設(shè)難度比較大、對(duì)技術(shù)的要求較高，同時(shí)加大了建設(shè)成本，這就要求設(shè)備的集成化、模塊化程度高。

其次，與陸上風(fēng)電場(chǎng)相比，海上的氣象條件更加復(fù)雜，容易受到臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣的影響，因此天氣數(shù)據(jù)的預(yù)報(bào)必須更加準(zhǔn)確。同時(shí)，由于極端天氣的影響，氣象數(shù)據(jù)的收集可能會(huì)不足，從而導(dǎo)致對(duì)海上風(fēng)電功率的預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確，帶來(lái)調(diào)度困難和棄風(fēng)現(xiàn)象。

再次，海上風(fēng)機(jī)發(fā)出的電能需要經(jīng)過(guò)海底電纜與陸上的電力系統(tǒng)相連接，風(fēng)能具有不確定性和隨機(jī)性等特征，大量的風(fēng)電并網(wǎng)可能會(huì)造成電壓波動(dòng)和系統(tǒng)震蕩，需要采用可靠的風(fēng)電并網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)。

最后，海上風(fēng)電站的建設(shè)成本較陸上風(fēng)電場(chǎng)高，運(yùn)行維護(hù)較為困難，成為制約海上風(fēng)電發(fā)展最為關(guān)鍵的因素。正因如此，對(duì)海上風(fēng)電設(shè)備有較高的可靠性要求。

加大技術(shù)研發(fā)力度

海上風(fēng)電將是未來(lái)風(fēng)電發(fā)展的方向。目前，需要加大海上風(fēng)電技術(shù)的研發(fā)力度。

加大關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)力度。大力發(fā)展海上風(fēng)電離不開(kāi)關(guān)鍵技術(shù)的支持，目前制約海上風(fēng)電發(fā)展的是成本較高的問(wèn)題，而這個(gè)問(wèn)題需要通過(guò)不斷提高關(guān)鍵技術(shù)，減小損耗來(lái)解決。

增強(qiáng)深海技術(shù)研發(fā)力度。海上風(fēng)電逐漸由近海向遠(yuǎn)海推進(jìn)是普遍的發(fā)展趨勢(shì)。深海與近海相比環(huán)境更加惡劣，這對(duì)設(shè)備的技術(shù)要求就更高。深海到岸邊的距離更遠(yuǎn)，加大了運(yùn)維人員到海上風(fēng)電站檢修的時(shí)間與距離，降低了運(yùn)維管理的效率，增加了運(yùn)維成本，因此必須強(qiáng)化創(chuàng)新能力，提高數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)支持。

以海上風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)為例。海上風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)方案的選擇需要綜合輸送容量、輸送距離以及經(jīng)濟(jì)性、可靠性等因素進(jìn)行考慮。

在對(duì)交流輸電并網(wǎng)、傳統(tǒng)的高壓直流輸電并網(wǎng)、輕型高壓直流輸電并網(wǎng)、MMC-HVDC并網(wǎng)等幾種海上風(fēng)電并網(wǎng)方式的傳輸容量、動(dòng)態(tài)性能和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行的研究表明，MMC-HVDC比較適合應(yīng)用于大容量、長(zhǎng)距離的海上風(fēng)電并網(wǎng)；交流輸電并網(wǎng)方式的構(gòu)成模型相對(duì)比較簡(jiǎn)單，在建造時(shí)所需成本較低，適用于規(guī)模較小、傳輸距離短的海上風(fēng)電并網(wǎng)；傳統(tǒng)的高壓直流輸電并網(wǎng)傳輸容量大大提升，不受距離的限制，但是需要安裝大容量的濾波裝置；輕型高壓直流輸電方式由于在并網(wǎng)中應(yīng)用了新型的全控型電力電子器件，因此輸電方式比較靈活。

通過(guò)對(duì)高壓交流并網(wǎng)、高壓直流并網(wǎng)和柔性直流輸電并網(wǎng)三種并網(wǎng)方式進(jìn)行對(duì)比分析并從經(jīng)濟(jì)性方面著重研究柔性直流輸電并網(wǎng)方式表明，海上發(fā)電并網(wǎng)領(lǐng)域?qū)⑹俏磥?lái)重要的研究方向。

通過(guò)搭建模型的方法，對(duì)交流輸電并網(wǎng)和柔性直流輸電并網(wǎng)的海上發(fā)電并網(wǎng)方式進(jìn)行了仿真，并研究了這兩種并網(wǎng)方式的故障特性，綜合考慮了設(shè)備造價(jià)、建設(shè)成本以及輸電損耗等經(jīng)濟(jì)性因素，發(fā)現(xiàn)在相同輸送容量的條件下交流輸電損耗比直流損耗多，但直流系統(tǒng)比交流系統(tǒng)造價(jià)要高。總的來(lái)說(shuō)，直流輸電并網(wǎng)方式的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

加強(qiáng)運(yùn)維管理與控制

海上風(fēng)電由于受海洋天氣等特殊氣候條件的影響，其運(yùn)維成本不僅大大高于陸上風(fēng)電，還高于初期建設(shè)成本，這也是制約海上風(fēng)電發(fā)展最重要的因素。

●供圖/視覺(jué)中國(guó)

根據(jù)海上風(fēng)電場(chǎng)的獨(dú)特性，可以運(yùn)用大數(shù)據(jù)平臺(tái)、智能化控制等新技術(shù)建立專(zhuān)門(mén)的智能運(yùn)維管理系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)可靠高效的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，使其可以盡早發(fā)現(xiàn)故障并維護(hù)，減少設(shè)備故障發(fā)生率，做到早發(fā)現(xiàn)早維護(hù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

目前已開(kāi)發(fā)出了一種智能運(yùn)維管理平臺(tái)，通過(guò)智能化的方式統(tǒng)籌海上風(fēng)電的運(yùn)維，有效提高了海上風(fēng)電運(yùn)維的效率并降低了成本。除此之外，可以借助對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控的監(jiān)控中心建立起覆蓋周?chē)蟛糠诛L(fēng)電場(chǎng)的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組綜合數(shù)據(jù)檢測(cè)中心。這樣可以利用多種數(shù)據(jù)源的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組管理運(yùn)維大數(shù)據(jù)的收集、分類(lèi)與統(tǒng)計(jì)，并利用大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，完成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的事故報(bào)警、智能檢測(cè)和壽命預(yù)估等工作。

針對(duì)海上運(yùn)維可達(dá)性差的問(wèn)題，有人提出了采用新型運(yùn)維船的方法。這種船尺寸更大、船速更快、抗海浪的能力更強(qiáng)，與傳統(tǒng)的運(yùn)維船相比更加安全。而且，這種新型運(yùn)維船還有各種不同的尺寸，可以根據(jù)海域的不同選擇不同的船型。

陳述等人通過(guò)環(huán)境因素對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維工作的影響，對(duì)考慮氣象影響海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維工作進(jìn)行分析，提出了一種基于Anylogic平臺(tái)的海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維效益經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)仿真模型，對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評(píng)估。該模型可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地推算出電量損失、利用率和運(yùn)維成本等多種指標(biāo)，為海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維計(jì)劃的安排提供了數(shù)據(jù)支撐。