許維凱

（中國電建集團港航建設有限公司 天津 300467）

引言

人類社會進入工業(yè)文明后，發(fā)展模式高度依賴化石能源和物質資源投入，因而產(chǎn)生大量碳排放、能源消耗和生態(tài)環(huán)境問題，導致全球氣候變化和發(fā)展不可持續(xù)。國家為積極應對氣候變化這個全球性重大挑戰(zhàn)，2020 年9 月22 日，在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上，碳達峰碳中和被提及。它不僅是我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的內在要求和加強生態(tài)文明建設、實現(xiàn)美麗中國目標的重要抓手，更展現(xiàn)了負責任大國的擔當。而發(fā)展海上風電，則是響應國家“雙碳”目標和積極服務國家海洋強國戰(zhàn)略措施之一。本文通過海上風電發(fā)展前景和海上風電發(fā)展分析兩部分內容，引出針對海上風電發(fā)展的相關探討。

1 海上風電發(fā)展前景

鑒于國家現(xiàn)狀發(fā)展仍高度依賴傳統(tǒng)化石能源和物質資源，但化石能源和物質資源日趨不足，并且使用過程中嚴重污染環(huán)境，導致全球氣候變化。為應對氣候變化，需要我們每個人在衣食住行用等日常生活的各個環(huán)節(jié)行動起來，挖掘減排潛力，更需要國家在國家層面制定制度和方案，加快發(fā)展非化石能源[1]，尋求戰(zhàn)略性新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源。電力能源因價格低廉和綠色環(huán)保等優(yōu)勢被各個行業(yè)廣泛使用，海上風力發(fā)電、海洋能潮汐發(fā)電以及太陽能發(fā)電作為清潔能源是我國目前的新型電力能源。海上風力發(fā)電因具有資源儲量豐富、年利用小時數(shù)高、不占用土地、不消耗水資源、靠近沿海電力負荷中心且適宜大規(guī)模開發(fā)的特點，成為沿海國家風電發(fā)展的重要方向，風電發(fā)展的深度與規(guī)模成為風電技術進步的制高點和推手。我國作為沿海大國，有著豐富的海上資源，大力發(fā)展海上風電對我國能源轉型、提高能源自給率，邁向海洋強國等具有重要戰(zhàn)略意義，也是我國推進科技自立自強，打造原創(chuàng)技術策源地的重點領域。

根據(jù)國家能源局官方網(wǎng)站公布：截至2021 年末，我國風電并網(wǎng)裝機容量達到300.15GW，較2016 年底實現(xiàn)翻番，是2020 年底歐盟風電總裝機的1.4 倍、是美國的2.6 倍，已連續(xù)12 年穩(wěn)居全球第一。截止2021年6 月末，我國海上風電累計裝機11.13GW，2021 年上半年新增裝機2.15GW，中國未來有望成為全球最大海上風電市場?！吨袊笆奈濉彪娏Πl(fā)展規(guī)劃研究》指出，我國將在廣東、江蘇、福建等多沿海地區(qū)開發(fā)海上風電[2]。2021 年，多省相繼出臺海上風電“十四五”建設規(guī)劃。其中廣東預計2025 年裝機容量達到18GW，江蘇新增規(guī)模9.09GW，山東啟動10GW 項目。浙江、廣西、海南總計也有約10GW 海上風電項目規(guī)劃。福建預計2030 年達到5GW 以上。根據(jù)我國國內各沿海省市發(fā)布的海上風電業(yè)務規(guī)劃數(shù)據(jù)累加可知，海上風電“十四五”規(guī)劃約70GW。并且，結合國外風電建設以及我國之前年份的風電建設情況，實際海上風電裝機量通常高于規(guī)劃風電裝機量。即使按照現(xiàn)有數(shù)據(jù)來看，我國海上風電建設前景仍清晰明朗且建設空間依舊廣闊。

雖然我國風電并網(wǎng)裝機容量已連續(xù)12 年穩(wěn)居全球第一，但是與歐洲海上風電先進國家比較，我國海上風電的單機容量與單體規(guī)模偏小，深遠海開發(fā)關鍵技術儲備不足，施工運維裝備與技術相對滯后。因此積極構建海上風電現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈，打造海上風電發(fā)展與應用核心技術，是我國把握新能源創(chuàng)新發(fā)展機遇，提升國家戰(zhàn)略能力，服務于廣大人民的重要舉措。當前海上風電即將進入平價上網(wǎng)時代，開發(fā)范圍從近海向深遠海推進，各種商業(yè)開發(fā)模式深度整合，根據(jù)發(fā)展推測，“十四五” 期間必將是我國海上風電突破關鍵核心技術，推進產(chǎn)業(yè)迭代升級的關鍵時期，而“十五五”期間則是我國新的一輪規(guī)模化建設高潮期。

2 海上風電發(fā)展分析

未來20 年，海洋經(jīng)濟發(fā)展將是一個不可或缺的重要發(fā)展因素，而風電開發(fā)則是海洋經(jīng)濟的關鍵一環(huán)。在政策支持和成本下降的驅動之下，全球海上風電市場將迎來顯著擴張。隨著全球各國提高可再生能源發(fā)展目標，以及新的國家加入風電開發(fā)市場，全球海上風電市場前景將變得更加光明。隨著全球能源轉型步伐的加快、各國滿足碳中和目標的實際需要，以及更多國家進入海上風電市場，預計全球海上風電發(fā)展速度會進一步加快，參與投資主體也會逐漸增多，海上風電也越來越受到政府、業(yè)主的重視和青睞。從各國規(guī)劃目標來看，未來英國、德國、美國、中國、丹麥、瑞典等國家依然會是新增市場的主力軍，而日本、韓國、越南、波蘭、巴西、印度等國家會成為新生力量。歐洲、亞洲、美洲將是海上風電發(fā)展的主戰(zhàn)場，海上風電的投資、設計、咨詢、制造、建設和運營單位將迎來新的春天。

根據(jù)初步預測，就國內而言，到2030 年，我國近海區(qū)域海上風電總開發(fā)潛力約1.2 億千瓦，全國深遠海海上風電總開發(fā)潛力約3 億千瓦，是實現(xiàn)2030 年風電、太陽能發(fā)電總裝機容量達到12 億千瓦以上的重要支撐之一?！笆奈濉睍r期，我國海上風電并網(wǎng)目標容量為3000 萬～4000 萬千瓦，開工目標容量為6000 萬～7000 萬千瓦。

據(jù)以上數(shù)據(jù)可知，海上風電將迎來大規(guī)模發(fā)展，在快速、高效發(fā)展的同時，如何保證發(fā)展質量，是我國目前的核心關切。雖然國家已有相對成熟的技術，有具備應對復雜海況條件的施工能力及船舶設備，但發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈仍不完善，在關鍵核心技術上存在短板，如缺乏海上風電核心施工裝備，缺乏全壽命周期管理平臺，深遠海風電開發(fā)技術薄弱等因素。因此為發(fā)展海上風電，加快發(fā)展趨勢，應科學制定海上風電發(fā)展規(guī)劃，應有思路、有標準、有步驟、有目標、有布局。應繼續(xù)發(fā)掘自身潛力，培養(yǎng)海上風電技術人才，支持高校進行海上風電科學研究，培育海上風電投資與施工企業(yè)，支持企業(yè)快速發(fā)展，充分發(fā)揮我國海上施工專業(yè)優(yōu)勢，快速組織海上風電自主施工資源，積極融入全球海上風電產(chǎn)業(yè)鏈，積極搶占國內外海上風電市場，抓住機遇培育新的經(jīng)濟增長點、促進國內能源轉型升級，拓展海外風電開發(fā)業(yè)務。本文針對海上風電發(fā)展分析思路如下：

一是國家重點扶持，加大科研經(jīng)費投入，加強科技創(chuàng)新，突破深遠海開發(fā)關鍵核心技術，強化全壽命周期項目開發(fā)建設和運行維護管理能力，構建項目信息化數(shù)字孿生系統(tǒng)和安全保障體系，積極打造原創(chuàng)技術策源地，夯實海上風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展，引領世界新能源發(fā)展前沿地位。

二是構建海上風電現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈，充分發(fā)揮海上風電產(chǎn)業(yè)鏈一體化的優(yōu)勢，完善產(chǎn)業(yè)組織體系，強化規(guī)劃設計優(yōu)勢，補齊施工安裝短板，發(fā)展高端裝備制造，前瞻布局運維業(yè)務，形成國際領先、世界一流的海上風電產(chǎn)業(yè)鏈。

三是形成開放合作的現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈，積極整合聯(lián)合社會資源，開展國際合作，推動海上風電業(yè)務的國際發(fā)展，逐步形成未來海洋經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)。

四是推廣海上風電EPC 總承包模式，既是降低施工企業(yè)工程造價、推動規(guī)模開發(fā)和平價上網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，也是促進國內施工建設企業(yè)開展有序競爭的良好方式。

五是研制并建造大型船舶裝備，擁有海上風電發(fā)展核心裝備，實現(xiàn)科技自強，降低建設風險，加快發(fā)展進度，自主完成海上風電相關工程建設。

六是打造專業(yè)的海上風電人才隊伍，嚴格依照法律法規(guī)、標準規(guī)范和單位有關要求配置項目管理團隊。

七是針對海上施工特點，加強應急能力建設，降低出海作業(yè)風險，保證人員和船機設備安全，減少因安全問題帶來的損失，從而降低海上風電發(fā)展成本。

八是突破材料壁壘，加強海上風電建設所需材料的研發(fā)能力，如位于海上風電產(chǎn)業(yè)鏈中游的海纜和風電機組、海上風電產(chǎn)業(yè)鏈上游的葉片材料等。通過研發(fā)，使我方擁有材料生產(chǎn)核心技術，強者恒強。

3 海上風電發(fā)展探討

截至2019 年底，全球已投運海上風電場共有146個，累計裝機容量達到27.2GW，同比增長23.4%。2020年全球風電新增裝機容量為93GW，其中中國風電市場新增裝機量71.67GW。2021 年海上風電裝機規(guī)模躍升至世界第一。不難看出，中國風電發(fā)展迅速，2020 年和2021 年增量較高，中國風電建設整體呈現(xiàn)穩(wěn)步快速發(fā)展。就目前來看，我國國內在建的海上風電項目大部分布置在近海區(qū)域，風場中心離岸最遠的項目距離海岸線70 余公里。隨著國內生態(tài)保護力度不斷增大，海上風電機組選址時還需為漁業(yè)、港航和軍事區(qū)域等做出讓步，處于起步晚而發(fā)展快速的我國，如何高質量高速度的發(fā)展海上風電，還應進一步探討。

3.1 加快發(fā)展海洋經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)

海上風電是我國海洋經(jīng)濟高質量發(fā)展的增長極，是發(fā)展海洋經(jīng)濟的關鍵點，也是我國發(fā)展海洋經(jīng)濟的橋頭堡。積極推進海上能源島研究與建設，積極做好風能、氫能、海水淡化新型儲能、抽水蓄能等多種能源與資源集成的海上能源島重大示范工程的規(guī)劃論證工作。積極研究探索“海上風電+海洋牧場”產(chǎn)業(yè)模式。積極推動國內大型基礎設施建設企業(yè)參與海洋經(jīng)濟發(fā)展和海上風電建設，以海上風電形成的海洋工程裝備與能力，拓展涉?；A設施建設市場，發(fā)展海洋環(huán)境保護業(yè)務和海洋新興產(chǎn)業(yè)，形成海洋經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)體系。

3.2 適時推動國際合作

國內在推動EPC 總承包的同時，還應加強國際合作，引進和消化國外先進技術，重視引進消化吸收再創(chuàng)新，彌補我方技術能力的不足，提高我方的創(chuàng)新能力。根據(jù)海上風電發(fā)展趨勢與發(fā)展需求，與歐洲各國開展深遠海海上風電示范項目戰(zhàn)略投資，充分利用國際產(chǎn)業(yè)基金，實現(xiàn)深海風電產(chǎn)融結合?；蛞虢鹑谫Y本，推動海上風電項目投建營模式創(chuàng)新，豐富重大項目的資本金籌措方案，增強可持續(xù)投資能力，降低資金風險。

3.3 加快開發(fā)遠海風電產(chǎn)業(yè)[3]

風電發(fā)展由最初的陸上風電發(fā)展逐漸向海上拓進，而目前海上風電發(fā)展因設備能力和技術問題基本局限于近海，但近海資源發(fā)展在世界范圍內已趨于飽和狀態(tài)，遠海由于風力強、面積廣，遠海風電開發(fā)的新浪潮已然掀起，海上風電的發(fā)展勢必走向風資源更豐富的深遠海。由近海向深海風資源探索，掌握遠海風電開發(fā)，則掌握了國際前沿技術，在風電產(chǎn)業(yè)上將占有關鍵席位，因此應加快開發(fā)遠海風電產(chǎn)業(yè)，加大風機設備研發(fā)投入，尤其是漂浮式風電機組。漂浮式風電技術被稱為下一代海上風電新技術，它能被安裝在固定基礎風機無法到達的水域，它的應用將使可利用的海上風力資源擴大近十倍，從而在能源轉型進程中發(fā)揮重要作用，幫助我國實現(xiàn)國家層面的低碳環(huán)保目標。

3.4 研制并建造大型船舶裝備

國內海上風電場工程的施工建設領域，在經(jīng)過逐步摸索與工程實踐后，已經(jīng)形成了一整套經(jīng)濟、有效的施工方案和船舶配套模式。隨著10MW 風機的成功安裝并測試、16MW 風機的開始研制，10MW 及以上風機必然成為今后國內市場的主力機型，風機大型化已經(jīng)成為新建海上風電場的主流。通過海上風電市場環(huán)境考察，海上風電所需重大施工裝備在近兩年搶裝潮期間社會資源緊缺。在海上風機“越來越大”的發(fā)展趨勢下，超大風機的海上運輸、安裝也成了更大的難題。為適應海上風電安裝施工的要求，海上風電施工裝備大型化趨勢不可避免，因此具備海上風電大型化裝備能力和滿足裝備大型化先進性要求，才能跟上海上風電領域更新?lián)Q代的步伐。

3.5 明確海上風電上網(wǎng)電價

上網(wǎng)電價的高低是確定海上風電能否大規(guī)模使用的重要因素，在推行海上風電的同時，應制定海上風電上網(wǎng)指導價，并通過競爭方式確定上網(wǎng)電價，在不得高于項目所在資源區(qū)陸上風電指導價前提下，海上風電才能大規(guī)模推廣使用，只有大規(guī)模推廣和使用，海上風電才具有發(fā)展的價值。因海上風電需要長期持續(xù)發(fā)展，建設成本與傳輸成本將隨著相關技術的成熟而逐漸降低，上網(wǎng)電價也應隨著成本的降低而動態(tài)調整，通過一系列的惠民舉措推廣并發(fā)展海上風電，進而大幅減少傳統(tǒng)能源的使用，推動國內能源發(fā)展的良性循環(huán)。

3.6 降低維護用和建設成本

雖然海上風電擁有良好前景，但同時也存在建設成本與風險大、維護費用高的缺點。海上風電建設依賴船舶，有船舶即需有碼頭，建設碼頭的費用相對較高，而如果利用國內現(xiàn)有碼頭，船舶與碼頭的匹配性也應改進和優(yōu)化。針對海上復雜的施工環(huán)境，在海上風電建設過程中，還需對潮位信息、海洋氣象等進行監(jiān)測，以防止臺風破壞、金屬腐蝕等方面的影響，故建設成本整體較高。此外，海上風電主體設備的維修和保養(yǎng)難度大、費用高，直接影響風電成本；海上風電操作人員應具備綜合素質，必須經(jīng)過系統(tǒng)培訓，不僅要具備電氣、機械等專業(yè)知識，還要具備海洋水文氣象相關知識，因此對于人員的要求較高。在發(fā)展海上風電的同時，應尋求解決降低維護費用和建設成本的方法。

3.7 加強船機設備安全管理

在“搶裝潮”的大背景下，船機資源緊張。部分改裝船加速進入市場，風險隱患急劇增加。如何降低和避免隱患，保證船機設備安全，形成良好有序的海上風電發(fā)展規(guī)模，也應納入風電發(fā)展探討的范疇。一是船舶及移動式海上平臺應按照《船舶與海上設施法定檢驗規(guī)則》有關規(guī)定，取得相應證書，起重設備應取得主管部門檢驗報告和使用登記證書。二是船舶管理應遵照船舶使用調度管理制度執(zhí)行，船舶產(chǎn)權單位的所有船舶應按規(guī)定進行統(tǒng)一調度和協(xié)調管理。三是陸用機械上船舶組合作業(yè)必須制定專項施工方案，并附具船舶穩(wěn)定性和結構強度驗收結果，必要時應由專家論證。四是通過定期、不定期和專項檢查方式組織做好船舶設備的日常安全監(jiān)督管理，同時做好吊機、打樁錘及其他安裝設備的日常維護和保養(yǎng)工作。

3.8 打造海上風電專業(yè)施工隊伍

要想加快海上風電發(fā)展，除具備必要的硬件設備外，必須有專業(yè)素質過硬的人才隊伍，懂管理、懂法律、懂施工、懂安全。嚴格依照法律法規(guī)、標準規(guī)范和單位有關要求配置項目管理團隊，項目經(jīng)理、安全管理人員、特種作業(yè)人員、船員、作業(yè)人員需持國家有關部門頒發(fā)的有效證書上崗。應對出海人員實施分類管理，細化和明確船員、日常海上風電作業(yè)人員和臨時性出海人員的管理要求，重點做好人員行為教育、專業(yè)技能及應急培訓、出海登記、勞保用品配備等的管理。尤其針對施工人員大多缺乏海上作業(yè)、生活經(jīng)驗等問題，組織實施海上施工作業(yè)生產(chǎn)教育培訓，鍛煉其施工作業(yè)能力和海上應急自救能力，取得海上基本安全培訓合格證書后方可上崗作業(yè)。

3.9 強化應急能力建設

海上風電發(fā)展不能脫離安全，海上浪頭高、多臺風，施工風險系數(shù)大且安全風險不確定，因此應加強風險監(jiān)測預警，建立海上風電項目應急管理體系，完善協(xié)調聯(lián)動機制，建立與屬地海事局等機構應急溝通渠道，強化應急響應，定期組織培訓演練，提升突發(fā)事件應急處置能力。制定防臺風方案，明確應對極端天氣現(xiàn)場船舶避風撤離點，委托專業(yè)機構對坐標點位進行地質勘測分析計算，確保滿足要求。發(fā)生突發(fā)事件應立即啟動應急預案，采取措施控制事態(tài)發(fā)展，組織開展應急救援和處置工作，救援受傷人員，打撈落水人員，并立即報告事故。根據(jù)應急需要可與有關專業(yè)公司簽訂應急服務協(xié)議，由其提供大馬力應急拖輪拖帶服務、應急直升機救援、遠程可視系統(tǒng)建設等相關應急服務。

3.10 突破材料壁壘

由于海上風大浪多，并且風力的方向角度多變，導致海上風機所受的力極為復雜，包括風機載荷、波浪力、潮流力、船舶的撞擊力等。加強海纜和風電機組、葉片材料等的研發(fā)也是海上風電發(fā)展的關鍵因素。另外，風電機組的質量及受力情況取決于灌漿料的性能要求，導管架灌漿部位的安全性和穩(wěn)定性依賴灌漿材料和灌漿質量的控制。隨著海上風電朝著大型化和深海化發(fā)展，單臺風機灌漿料的使用量或將隨之增長，灌漿料的研發(fā)與批量生產(chǎn)是需要快速突破的材料壁壘。

結語

我國海上風電發(fā)展起步晚，但是在海上風電領域，我國已經(jīng)連續(xù)三年拿下了新增裝機容量第一的寶座。作為世界“新能源高效開發(fā)和綜合利用”原創(chuàng)技術策源地的重要組成部分，加快打造海上風電原創(chuàng)技術策源地，面向以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設需要，聚焦我國重點省市和海域海上風電場開發(fā)建設，加強力量攻克關鍵技術難題，加強風能資源精準評估與預測、海洋水文環(huán)境和氣象要素評價、地質勘察等方面基礎理論研究、海上風電人才梯隊與應急能力建設，精準攻克深海風電發(fā)展設計理論與整體建模應用技術，積極探索海上風電施工新材料、新技術，深度研發(fā)大型船機等硬件設備，使我國海上風電科技力量成為重要的戰(zhàn)略力量。