文｜何亮

黨的二十大報(bào)告指出，“加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系”，“加強(qiáng)能源產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系建設(shè)，確保能源安全”。15 年來(lái)，我國(guó)海上風(fēng)電從無(wú)到有，從探索期、培育期進(jìn)入了高速發(fā)展期，海上風(fēng)電的布局也從潮間帶、淺海逐漸向深遠(yuǎn)海挺進(jìn)。截至2021 年年底，我國(guó)海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)26.38吉瓦，占全球海上風(fēng)電裝機(jī)總量的48%，位居全球第一，為我國(guó)綠色低碳的新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展闖出一條新路。

為何選擇與大海博弈

與陸上建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)相比，海上風(fēng)能資源豐富、儲(chǔ)量大，可集中連片大規(guī)模開(kāi)發(fā)，而且海上的風(fēng)資源稟賦好，風(fēng)速大、功率密度高。更為關(guān)鍵的是，風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)需要大量的空間場(chǎng)地，海洋面積廣闊，沒(méi)有地表障礙物限制，可不斷向遠(yuǎn)海深海開(kāi)拓。

在我國(guó)，發(fā)展海上風(fēng)電有特別的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)海上風(fēng)電資源豐富，相比于陸上風(fēng)電資源，其到達(dá)沿海等高能源需求地區(qū)的距離短、成本低，適合大規(guī)模開(kāi)發(fā)。福建、浙江、山東、江蘇、廣東等用電大省正好都是沿海地區(qū)。

“應(yīng)從兩個(gè)方面認(rèn)識(shí)海上風(fēng)電的重要定位：在戰(zhàn)略意義上，海上風(fēng)電在實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)方面作用重大；在科技意義上，風(fēng)電各產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)是國(guó)際必爭(zhēng)的制高點(diǎn)?！敝袊?guó)工程院院士、中國(guó)華能集團(tuán)原董事長(zhǎng)舒印彪說(shuō)。

海上風(fēng)電是高度資本密集型行業(yè)，它的健康發(fā)展離不開(kāi)政策管理和長(zhǎng)期規(guī)劃的完善。近年來(lái)，我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展迅速，行業(yè)崛起的背后是國(guó)家政策的大力支持。

作為海上風(fēng)電發(fā)展的親歷者，中國(guó)三峽新能源（集團(tuán)）股份有限公司副總經(jīng)理呂鵬遠(yuǎn)見(jiàn)證了我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展的三個(gè)階段。

2007—2011年為探索規(guī)劃期，《海上風(fēng)電場(chǎng)工程規(guī)劃工作大綱》出爐，正式啟動(dòng)我國(guó)沿海地區(qū)海上風(fēng)電規(guī)劃。

2012—2017年為重點(diǎn)培育期，《全國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)建設(shè)方案》等系列規(guī)劃方案出臺(tái)，海上風(fēng)電成為我國(guó)風(fēng)電發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)，數(shù)個(gè)規(guī)?；暮Ｉ巷L(fēng)電場(chǎng)建成。

2018—2021年為快速發(fā)展期，《關(guān)于促進(jìn)非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見(jiàn)》出臺(tái)，我國(guó)海上風(fēng)電加快從近海向遠(yuǎn)海邁進(jìn)的腳步。

從全球范圍看，現(xiàn)階段海上風(fēng)電整體仍處于發(fā)展初級(jí)階段。根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)統(tǒng)計(jì)，截至2021年，全球海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為56吉瓦，在全球風(fēng)電總裝機(jī)中只占7%。

我國(guó)擁有18萬(wàn)千米的海岸線，200多萬(wàn)平方千米的大陸架和6 500多個(gè)島嶼，海上風(fēng)資源技術(shù)開(kāi)發(fā)潛力超過(guò)3 500吉瓦。如今，我國(guó)新增海上風(fēng)電規(guī)模已位居全球第一，成為全球最重要的海上風(fēng)電市場(chǎng)之一。

在國(guó)家政策加持下，國(guó)內(nèi)多家海上風(fēng)電企業(yè)開(kāi)始了與大海的博弈。

將風(fēng)機(jī)搬進(jìn)海洋并非易事

2007年，遼東渤海灣，中海油綏中36-1油田的鉆井平臺(tái)上，赫然立起一個(gè)與石油開(kāi)采不相干的龐然大物。近40米高的白色塔筒托舉著風(fēng)機(jī)機(jī)頭，三支約40米長(zhǎng)的葉片迎風(fēng)旋轉(zhuǎn)，就像一位全副武裝的鋼鐵巨人在與海風(fēng)搏斗。

這是我國(guó)第一臺(tái)在海洋環(huán)境中運(yùn)行的直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組，這臺(tái)由新疆金風(fēng)科技股份有限公司研制的試驗(yàn)樣機(jī)裝機(jī)容量?jī)H有1.5兆瓦，機(jī)型還是陸上風(fēng)機(jī)的機(jī)型。而在當(dāng)時(shí)，國(guó)外的海上風(fēng)機(jī)已經(jīng)能做到3.6兆瓦。這意味著要縮短與國(guó)外的差距，我國(guó)海上風(fēng)電全產(chǎn)業(yè)鏈要追趕數(shù)年。

當(dāng)渤海灣的這臺(tái)機(jī)組點(diǎn)亮第一盞燈時(shí)，也點(diǎn)亮了中國(guó)海上風(fēng)電繼續(xù)遠(yuǎn)航的燈塔。

然而，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)從陸地走向海洋絕非易事。在陸地上架設(shè)風(fēng)機(jī)只需考慮風(fēng)載荷的影響，但在海上，風(fēng)機(jī)遭遇的環(huán)境載荷來(lái)自風(fēng)、浪、流的聯(lián)合作用。南方沿海臺(tái)風(fēng)頻發(fā)，渤海冬季海冰入侵，對(duì)風(fēng)機(jī)和基礎(chǔ)平臺(tái)的強(qiáng)度與疲勞性能提出更高要求。此外，高濕、高鹽的環(huán)境會(huì)加劇對(duì)葉片的腐蝕，不光導(dǎo)致發(fā)電量的下降，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損毀風(fēng)機(jī)設(shè)備。

呂鵬遠(yuǎn)介紹，海底地形、地質(zhì)較為復(fù)雜，特別是東海、南海海域起伏陡峭、遍布礁石及孤石，有的海底高差大，有的裸巖堅(jiān)硬如鐵，對(duì)工程施工提出了嚴(yán)苛的要求。面對(duì)復(fù)雜的海洋環(huán)境，只有大力推進(jìn)科技創(chuàng)新，才能實(shí)現(xiàn)風(fēng)力資源的高效利用。

“十一五”至“十三五”期間，國(guó)家層面支持風(fēng)電產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新的力度不斷加強(qiáng)，863計(jì)劃、國(guó)家科技支撐計(jì)劃、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃在風(fēng)電領(lǐng)域設(shè)立科研項(xiàng)目，密集支持海上風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵零部件的研制與測(cè)試技術(shù)的開(kāi)發(fā)，并在2019年的可再生能源與氫能技術(shù)項(xiàng)目中，布局面向深遠(yuǎn)海的大功率海上風(fēng)電機(jī)組及關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)研發(fā)項(xiàng)目。

2010年6月，亞洲首座海上風(fēng)電場(chǎng)——上海東海大橋海上風(fēng)電項(xiàng)目并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著我國(guó)海上風(fēng)電建設(shè)進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)階段。

2022年2月，我國(guó)自主研制、擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的13兆瓦抗臺(tái)風(fēng)型海上風(fēng)電機(jī)組在福建福清下線。這是迄今為止亞洲地區(qū)單機(jī)容量最大、葉輪直徑最大的風(fēng)電機(jī)組，國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到了90%。

起步雖晚的中國(guó)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)牢牢抓住發(fā)展機(jī)遇。從2007年首臺(tái)1.5兆瓦風(fēng)機(jī)建成到2022年13兆瓦風(fēng)機(jī)下線，我國(guó)海上風(fēng)機(jī)制造能力走在了世界前列。

15年來(lái)，中國(guó)海上風(fēng)機(jī)的單機(jī)容量翻了三番，以每年將近一個(gè)兆瓦的速度在增加。從跟跑到并跑再到實(shí)現(xiàn)領(lǐng)跑，這是中國(guó)海上風(fēng)電人的夢(mèng)想。

向深遠(yuǎn)海進(jìn)發(fā)的號(hào)角已吹響

中國(guó)南海，離岸28千米，水深30米處，一臺(tái)高度超百米的風(fēng)電機(jī)組屹立在三角結(jié)構(gòu)的漂浮平臺(tái)上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，悠悠轉(zhuǎn)動(dòng)的巨大槳葉赫然醒目。

這是我國(guó)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的漂浮式風(fēng)電機(jī)組及基礎(chǔ)平臺(tái)，具有大容量、抗臺(tái)風(fēng)、漂浮式的特點(diǎn)。2021年12月，機(jī)組正式并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著我國(guó)海上風(fēng)電邁出了向深遠(yuǎn)海獲取風(fēng)能資源的探索步伐。

海上風(fēng)電向深遠(yuǎn)海挺進(jìn)，漂浮平臺(tái)建造、超遠(yuǎn)距離輸電等工程技術(shù)是繞不開(kāi)的難題與挑戰(zhàn)。

與近海機(jī)組“站立”海底不同，漂浮式風(fēng)電機(jī)組及基礎(chǔ)平臺(tái)是用錨系與海底鏈接，讓浮體與風(fēng)機(jī)像不倒翁一樣“漂”在海面上，保證風(fēng)機(jī)即使在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨時(shí)也不沉不倒，不出問(wèn)題。

長(zhǎng)期從事風(fēng)能研究的中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所研究員楊曉雷表示，此前，我國(guó)在海洋工程上發(fā)展的漂浮式平臺(tái)技術(shù)主要針對(duì)油氣開(kāi)采，無(wú)論是海下水深、承擔(dān)載荷、安全系數(shù)以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都與海上風(fēng)電的漂浮式平臺(tái)有很大差別，而且國(guó)際規(guī)范的適用性不足，因此盡管歐洲等國(guó)家的漂浮式技術(shù)與建造經(jīng)驗(yàn)相對(duì)成熟，卻并不完全適用于我國(guó)的海上漂浮式風(fēng)電建設(shè)。

“讓風(fēng)機(jī)安全穩(wěn)定地漂浮起來(lái)，核心難題在于制造出適合于我國(guó)海域特點(diǎn)的風(fēng)機(jī)與漂浮式基礎(chǔ)?！睏顣岳妆硎尽?/p>

遙遠(yuǎn)的海上風(fēng)場(chǎng)，怎樣將電送上岸？

中國(guó)“御風(fēng)人”想到一個(gè)辦法，建設(shè)“海纜路由”——海上換流站，用柔性直流將電從遠(yuǎn)方送來(lái)。

在江蘇如東離岸50千米的黃沙洋海域，高度約15層樓的海上換流站穩(wěn)穩(wěn)地立在大海上，向過(guò)往的船舶凸顯著存在感。而在海底，一根根海纜正深埋在淤泥海床下，將海上風(fēng)電場(chǎng)的電能匯聚于此，再通過(guò)換流站轉(zhuǎn)換為損耗更低的直流電，然后送至陸上。

江蘇如東風(fēng)電場(chǎng)是我國(guó)第一個(gè)海上柔性直流輸電工程。國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司建設(shè)部副主任吳威表示，電網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，控制好電壓和頻率兩項(xiàng)指標(biāo)至關(guān)重要，它們相當(dāng)于一個(gè)人的血壓和心率。柔性直流不僅輸送電能，還能調(diào)節(jié)電壓，它的應(yīng)用就像人有了強(qiáng)健的心臟和血管，能很好地控制心率和血壓。

2021年11月，隨著7號(hào)風(fēng)電機(jī)組葉輪緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)，柔性直流輸電的首批機(jī)組成功并網(wǎng)，長(zhǎng)達(dá)108千米的輸送距離創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)紀(jì)錄，正負(fù)400千伏的電壓等級(jí)，比歐洲已采用的海上柔性直流輸電工程還要高。

吳威說(shuō)，只簡(jiǎn)單地將直流與交流相比，同樣斷面的線纜，直流可以多輸送4倍電能，成本下降的同時(shí)還可以減少工程對(duì)海域的干擾與占用。

互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)改進(jìn)運(yùn)維管理

因?yàn)檫\(yùn)行效率高、輸電距離短、不占用土地、適宜大規(guī)模開(kāi)發(fā)等特點(diǎn)，我國(guó)相關(guān)部委和沿海多省份出臺(tái)的能源規(guī)劃中，都將海上風(fēng)電作為未來(lái)的重點(diǎn)發(fā)展方向。

2021年10月，國(guó)家發(fā)展改革委等九部門聯(lián)合印發(fā)《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，提出有序推進(jìn)海上風(fēng)電基地建設(shè)，積極推動(dòng)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新和示范應(yīng)用，不斷推進(jìn)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電降本增效，以實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電平價(jià)示范。

2022年5月，國(guó)內(nèi)首艘“運(yùn)輸+起重”一體化深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電施工船——“烏東德”號(hào)在江蘇南通順利出塢；9月，國(guó)內(nèi)首艘2 000噸級(jí)第四代海上風(fēng)電安裝平臺(tái)——“白鶴灘”號(hào)在廣州南沙順利交付。兩艘海運(yùn)重器開(kāi)拔出海，為我國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)走向深海劈波斬浪。

我國(guó)海上風(fēng)電建設(shè)如火如荼，海上風(fēng)電運(yùn)維與管理更是不可或缺。

“由于我國(guó)海上風(fēng)電在近幾年才開(kāi)始迅速建設(shè)和并網(wǎng)發(fā)電，海上風(fēng)電機(jī)組尚未經(jīng)過(guò)充分的運(yùn)行驗(yàn)證，運(yùn)維管理也缺乏相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)，基本照搬陸上風(fēng)電管理模式?！睏顣岳渍f(shuō)。

如何提升海上風(fēng)電運(yùn)維能力，降低運(yùn)維成本，是產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，也是科研領(lǐng)域發(fā)力的方向。

在楊曉雷看來(lái)，隨著信息技術(shù)加速應(yīng)用，海上風(fēng)電運(yùn)維正逐步向狀態(tài)檢修為主、計(jì)劃?rùn)z修和故障檢修為輔的模式轉(zhuǎn)變。運(yùn)維團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)在風(fēng)機(jī)和風(fēng)電場(chǎng)布設(shè)風(fēng)力傳感器，實(shí)時(shí)感知風(fēng)況，加強(qiáng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警，甚至可通過(guò)物理原理+神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)況的高效預(yù)測(cè)，以提前調(diào)整風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，在提升發(fā)電量的同時(shí)降低海風(fēng)對(duì)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的破壞。

“故障診斷和遠(yuǎn)程預(yù)警是支撐海上風(fēng)電運(yùn)維高效運(yùn)轉(zhuǎn)的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)?！睏顣岳妆硎荆柚悄茱L(fēng)機(jī)的安裝，我國(guó)海上風(fēng)電運(yùn)維企業(yè)要盡快建立海上風(fēng)電機(jī)組智慧運(yùn)維體系，通過(guò)運(yùn)維大數(shù)據(jù)的采集、分析和計(jì)算，不斷提升故障預(yù)警診斷能力，及時(shí)進(jìn)行工單推送，優(yōu)化運(yùn)維策略。

就成套設(shè)備而言，我國(guó)海上風(fēng)電現(xiàn)有的運(yùn)維船舶更適合距離海岸較近的風(fēng)電場(chǎng)作業(yè)，且運(yùn)載能力有限。隨著海上風(fēng)電場(chǎng)離岸距離的增加，船舶的油耗成本、承載能力以及對(duì)抗惡劣天氣的能力都將限制其在運(yùn)維作業(yè)中的應(yīng)用。因此，專家建議，未來(lái)急需加速制造更多更適合我國(guó)海上風(fēng)電運(yùn)維的專業(yè)化船舶并投入使用。

浩瀚海洋，風(fēng)起電至。中國(guó)的大風(fēng)車在更廣闊的海域安家落戶，繼續(xù)著變海風(fēng)為能源的努力。