華電重工股份有限公司 芮守娟 趙書華 華電重工股份有限公司天津分公司 逯 鵬
抑制氣候變暖是目前全球人類共同面臨的重大難題,大力發(fā)展清潔可再生能源是重要的舉措之一。
海上風電是重要的清潔能源,我國海上風能資源豐富,可建設儲量約為750GW,發(fā)電效率高,且靠近負荷中心,就近消納方便等優(yōu)勢,使海上風電成為重要的清潔能源發(fā)展目標。隨著海上風電技術(shù)的不斷進步,東南沿海一帶風電場的建設工程快速增加?!笆奈濉币?guī)劃已對未來新能源發(fā)展指明方向。未來,新能源裝機容量將遠超現(xiàn)有水平,并成為中國重要能源的支柱力量。按全社會用電量增速初步測算,預計到2025年,新能源(風電+光伏)裝機容量較目前將有超過5億~6億kW增量,其中風電將超過2億kW。根據(jù)習近平總書記在第75屆聯(lián)合國大會提出的“二氧化碳排放量力爭在2030年前達到峰值,努力爭取于2060年實現(xiàn)碳中和”目標,屆時每年新增風電裝機預計將接近或達到5000萬kW。
2020 年 1 月,《關(guān)于促進非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見》明確指出,2022年起,未按規(guī)定完成全部機組并網(wǎng)的存量海上風電項目國家補貼也將全面退出[1]。隨著補貼逐步退坡,我國海上風電產(chǎn)業(yè)全面迎來平價上網(wǎng)時代。
隨著海上風電的快速發(fā)展,既要保證產(chǎn)品可靠性、發(fā)展持續(xù)性,又要實現(xiàn)未來海上風電平價,需要深入研究海上風電全生命周期的影響因素,從而達到預期效果。
本文從海上風電行業(yè)的使命、海上風電行業(yè)的未來、中國海上風電健康可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略研究幾個方面,提出可促進健康可持續(xù)的新能源發(fā)展的建議,助力實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標。
IPCC第六次評估報告《氣候變化2021:自然科學基礎》 中指出,2020年全球地表平均溫度比工業(yè)化前水平高出1.2℃,有記錄以來三個最暖年份之一。氣候系統(tǒng)整體變化的規(guī)模及多方面現(xiàn)狀是過去幾千年甚至幾個世紀所未見的。極端天氣正在“常態(tài)化”,給人類社會造成災難性后果。對基因、物種、生態(tài)系統(tǒng)多樣性造成全面影響[2]。
2020年9月22日,我國在第75屆聯(lián)合國大會提出了2030年前碳達峰,2060年前碳中和的目標[3]。2020年年底,我國在氣候雄心峰會上提出到2030年,風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億kW以上。
海上風電是重要的清潔能源,風力發(fā)電不需要消耗化石能源,大大降低二氧化碳排放。同時,海上風能資源豐富,發(fā)電效率高,風能資源技術(shù)開發(fā)量大,5~50m水深范圍內(nèi),具有4.0億kW。海上風電效率較陸上風電年發(fā)電量多出20%~40%,具有更高的能源效益。海上風電靠近東部負荷中心,就地消納方便,中東部負荷需求則占全國的70%以上,有效減輕“西電東送”通道建設壓力。
全球風能理事會(GWEC)2021年9月9日發(fā)布的《2021全球海上風電報告》中指出,2020年全球海上風電新增裝機6.1GW,截至2020年年底,全球海上風電總裝機為35GW。2021年,中國風電新增并網(wǎng)裝機4757萬kW,其中海上風電新增裝機1690萬kW。到2021年年底,全國風電累計裝機3.28億kW。目前,我國海上風電累計裝機規(guī)模達到2638萬kW,超過英國躍居世界首位。在“十四五”的開局之年,在“雙碳”時代的啟動之年,我國海上風電為兌現(xiàn)減排承諾的綠色發(fā)展起到了表率作用。
“十四五” 期間,廣東、江蘇、山東、福建和浙江五省規(guī)劃規(guī)模大,預計將會是“十四五”海上風電發(fā)展較快的地區(qū),引領(lǐng)中國海上風電的快速發(fā)展。
國內(nèi)外海上風電經(jīng)過多年來的快速發(fā)展,特別是最近幾年增長迅速,海上風電逐步呈現(xiàn)出向遠海深水、大規(guī)模容量開發(fā)、單機容量更大、輸電電壓等級更高的方向發(fā)展。海上風場離岸距離不斷增加,部分項目已達50~200km,水深由淺水走向深水,部分項目已達50~200m。海上風電場由小容量向大容量規(guī)模開發(fā)發(fā)展,現(xiàn)在單個風電場開發(fā)規(guī)模已達1000MW,連片開發(fā)規(guī)模已達3000MW甚至6000MW。國內(nèi)13MW海上風電機組已下線,國外15MW風電機組已進入測試階段,國內(nèi)外主機廠家將陸續(xù)進行20MW風電機組的研發(fā)工作。去補貼政策后,海上風電降本增效,平價上網(wǎng)成為海上風電發(fā)展最新模式。
未來全球海上風電的核心驅(qū)動力將來自中國、歐洲、美國和亞太其他地區(qū),這些國家或者地區(qū)將引領(lǐng)未10年全球海上風電開發(fā)。截至2020年年底,全球海上風電裝機容量為34.33GW,預計到2025年將增長到 95GW,2030 年將增長到221GW[4]。
隨著海上風電項目離岸距離越來越遠,固定式基礎設計難度和成本越來越大,漂浮式風電成為海上風電的未來。目前,全球共有10個已投運、在建、規(guī)劃中的浮式海上風電項目(不包括示范項目),超過1GW;已投運項目兩個:蘇格蘭,30MW;葡萄牙,25MW;預計到2050年,全球漂浮式風電的裝機容量將增長到250GW。
國內(nèi)大型設計院、科研院所、施工單位已在漂浮式風電機組基礎關(guān)鍵技術(shù)、漂浮式風力發(fā)電機組一體化設計、漂浮式風力發(fā)電機組先進控制技術(shù)、柔性葉片輕量化設計、漂浮式風力發(fā)電機組基礎浮體技術(shù)、系泊系統(tǒng)設計技術(shù)、海上浮式風機裝備制造、運輸安裝及調(diào)試技術(shù)研究等方面有顯著的成果,為未來漂浮式風電奠定了堅實的基礎。
“十四五”期間,我國將以海上風電降本增效、科技創(chuàng)新為主要發(fā)展目標,逐步開展海上風電+漁業(yè)+旅游、海上風電+海水淡化+制氫、海上風電儲能離網(wǎng)供電、海上風電深海能源島、其他新型海洋經(jīng)濟。
政府補貼可促進海上風電的健康可持續(xù)發(fā)展。平價時代,利好政策頻發(fā),可推動海上風電快速發(fā)展。目前,已有廣東省、浙江省、山東省等省份公布海上風電補貼政策。地方政府的積極參與將促進中國海上風電規(guī)?;掷m(xù)發(fā)展,通過規(guī)模化持續(xù)發(fā)展也能促進工程造價不斷降低,最終實現(xiàn)開發(fā)收益的提升,實現(xiàn)行業(yè)共贏局面。
EPC總承包模式創(chuàng)新。由設計院、整機企業(yè)和施工單位聯(lián)合進行主導工程建設。以EPC總承包模式,將整機、海纜與風電場設計和施工整體設計和招標,實現(xiàn)總體降本設計和建設。
全生命周期運維服務模式創(chuàng)新。建設單位委托整機企業(yè)進行全生命周期運維服務,實現(xiàn)最低擔保與超額收益分成。整機企業(yè)負責全生命周期運維這種創(chuàng)新模式,可實現(xiàn)技術(shù)改進、發(fā)電量提升、收益擔保等,持續(xù)性能升級和更高收益。
深遠海海上風電朝著規(guī)?;⒋笕萘?、漂浮式、新型送出、海上多維模式等方向發(fā)展。
一是堅信海上風電規(guī)?;l(fā)展方向。規(guī)?;_發(fā)是海上風電的未來趨勢,規(guī)?;_發(fā)可解決項目分散、規(guī)劃不合理、重復建設、成本高的第一步。
二是重視大容量機組的研發(fā)和試驗。特別是超大容量整機技術(shù)研究與開發(fā)、大容量零部件技術(shù)研究與開發(fā),攻克軸承、齒輪箱、控制器等零部件的關(guān)鍵技術(shù),逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化。
三是開展漂浮式關(guān)鍵技術(shù)研發(fā),如浮式風機、浮式基礎、系泊系統(tǒng)、緊湊型輕型化海上升壓站或換流站、動態(tài)海纜等,加快漂浮式風機關(guān)鍵技術(shù)研究進程,實現(xiàn)小批量生產(chǎn),逐步降低造價成本。
四是開展柔性直流送出關(guān)鍵技術(shù)研究,柔性直流輸電可滿足遠距離大容量海上風電集群組網(wǎng)送出的要求。隨著海上風電場連片集中開發(fā)的發(fā)展,風電場的建設容量和離岸距離逐漸增加,交流輸電受到海纜充電功率的限制等弊端,柔性直流可解決無功補償?shù)葐栴},有效提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定等因素,使得海上風電直流輸電方向的發(fā)展趨勢愈加明顯。
五是海上風電多維模式。海上風電+漁業(yè)+旅游、海上風電+海水淡化+制氫、海上風電儲能離網(wǎng)供電、海上風電深海能源島、其他新型海洋經(jīng)濟。
海上風電機組尚有大型軸承和齒輪箱、控制系統(tǒng)等部分核心設備和軟件還嚴重依賴進口,需要攻克其“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)?!笆奈濉逼陂g,聚焦海上風電全產(chǎn)業(yè)鏈“卡脖子”技術(shù)問題,加大科技攻關(guān)力度,爭創(chuàng)原創(chuàng)技術(shù)“策源地”,引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)開展技術(shù)創(chuàng)新。
隨著裝機容量快速增長、主機大型化、水深更深、海洋環(huán)境更復雜、控制產(chǎn)品的高可靠性至關(guān)重要。
提升機組可靠性,降低運維成本。強化產(chǎn)業(yè)鏈上下游研發(fā)合作,搭建產(chǎn)學研、競配合作、施工合作、全生命周期運維等共同體,以行業(yè)最優(yōu)合作提升可靠性。
加大前沿技術(shù)研發(fā)投入。實現(xiàn)機組研發(fā)技術(shù)突破、智能化提升,國產(chǎn)化自主技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新,以先進技術(shù)保障可靠性。
全面提升機組環(huán)境適應性。實測精細化海洋數(shù)據(jù),建立深水超大型機組對應的海洋環(huán)境分析體系,打造全鏈條專業(yè)隊伍,以高環(huán)境適應性保障可靠性。
執(zhí)行高標準試驗檢測驗證。加大零部件測試驗證、大功率試驗臺測試共享,筑質(zhì)量大堤,以技術(shù)驗證保障可靠性。
為實現(xiàn)未來海上風電平價,需要技術(shù)創(chuàng)新和業(yè)務協(xié)同創(chuàng)新相結(jié)合,降低工程建設成本。
確保風資源、水文、地質(zhì)等設計輸入精準化,通過設計技術(shù)創(chuàng)新,制造—施工全產(chǎn)業(yè)鏈緊密銜接,降低總體工程成本。未來平價時代,開發(fā)商—整機商—設計院—制造商—施工單位打造利益共同體,實現(xiàn)合作共贏。
統(tǒng)一規(guī)劃可開發(fā)海上風能資源,構(gòu)建大電網(wǎng)建設格局,加快廣東、浙江、江蘇、山東等沿海地區(qū)規(guī)?;_發(fā)建設。并逐步推動海上風電向深海、遠海方向發(fā)展,實現(xiàn)海上風電大規(guī)模組網(wǎng);建議電網(wǎng)公司、設計院、開發(fā)商、制造商、施工方等全產(chǎn)業(yè)鏈加入海上風電開發(fā)和建設,優(yōu)化海上風電設計,統(tǒng)一規(guī)劃建設海上電力輸送通道和輸送方式,優(yōu)化資源配置。
政府充分發(fā)揮部門協(xié)調(diào)、資源整合方面的天然優(yōu)勢,為海上風電科學規(guī)劃提供支撐,實現(xiàn)精準投資和高效開發(fā)。
政府統(tǒng)籌安排各地海上風電裝備制造基地、海上風電設備研發(fā)和服務基地、海工、運維及配套組裝基地、風電全產(chǎn)業(yè)鏈基地等。政府宏觀統(tǒng)籌和整體規(guī)劃海上風電基地布局,充分發(fā)揮政府主導作用,形成省級乃至國家級層面的資源統(tǒng)籌、整體規(guī)劃、政策支持。
我國海上風電資源豐富,開發(fā)利用潛力大。隨著“雙碳”目標的加速落實,“十四五”時期,我國海上風電將迎來歷史性發(fā)展階段,為實現(xiàn)未來海上風電平價,梳理海上風電行業(yè)的使命,理性展望海上風電行業(yè)的未來,提出可促進中國海上風電健康可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略措施,轉(zhuǎn)變海上風電建設模式,風能資源統(tǒng)一規(guī)劃,聚焦卡脖子技術(shù),提升海上風電可靠性,通過技術(shù)創(chuàng)新和業(yè)務協(xié)同創(chuàng)新相結(jié)合,降低工程建設成本,降低運維成本,實現(xiàn)利益共享,顯著促進中國海上風電行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。