从山东潍坊港乘船出海,两个小时后,宽广的渤海海面上出现一派壮丽景象:一台台百米高的白色风电机组迎风矗立,犹如一排排笔直挺立的高大士兵。这里是山东昌邑市海洋牧场与三峡集团300兆瓦海上风电融合试验示范项目海上风电场。10月31日,这里的工程师迎风作业,对海上风机进行着精细调试,为即将到来的并网发电做着积极准备。
截至2021年底,我国海上风电累计装机26.38吉瓦,占全球海上风电装机总量的48%,位居全球第一。
亚洲首座海上风电场——上海东海大桥海上风电场
面对大风,风电技术研发人员化身“御风者”,乘风而上、化风为宝,将强劲的海风转化为一度度清洁电能,为我国绿色低碳的新能源发展闯出一条新路。
**指出,我国是一个海洋大国,海域面积十分辽阔。一定要向海洋进军,加快建设海洋强国。
党的二十大报告指出,“加快规划建设新型能源体系”“加强能源产供储销体系建设,确保能源安全。”15年来,我国海上风电从无到有,从探索期、培育期进入了高速发展期,海上风电的布局也从潮间带、浅海,逐渐向深远海挺进。
2022年起,我国海上风电的补贴全面取消,海上风电行业将进入低成本、规模化的发展阶段。通过技术创新、降本增效提升市场竞争力成为必然。
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为何选择与大海博弈
1991年,距离丹麦海岸线两公里的海域,11台白色风车组成的“钢铁森林”迎风傲立,“童话王国”的海岸线出现了世界上第一座海上风电场。
全球海上风电起源于欧洲,迄今海上风电已有约30年历史。全球风能理事会发布的《全球风能报告2022》显示,2021年,全球海上风电新增装机容量21.1吉瓦,同比增长两倍,创历史最大增幅。
为应对气候变化,各国都在能源结构和生产方式上寻求变革。《英国能源安全战略》提出,2030年,海上风电装机达到50吉瓦。德国海上风电预计在2030年达到30吉瓦。美国计划到2030年累计装机达到30吉瓦。
大海到底有何魔力,吸引各国争相将大风车矗立在蔚蓝的海面上?
与陆上建设风电场相比,海上风能资源丰富、储量大,可集中连片大规模开发。而且,海上的风资源禀赋好,风速大、功率密度高;更为关键的是,风电场的建设需要大量的空间场地,海洋面积广阔,没有地表障碍物限制,可不断向远海深海开拓。
在我国,发展海上风电有特别的优势。我国海上风电资源丰富,相比于陆上风电资源,其到达沿海等高能源需求地区的距离短、成本低,适合大规模开发。福建、浙江、山东、江苏、广东等用电大省,正好都是沿海地区。
江苏响水海上风电场进行升压站吊装
“应从两个方面认识海上风电的重要定位:战略意义上,海上风电对实现我国碳达峰碳中和目标具有重要地位;科技意义上,风电各产业链技术是国际必争的制高点。”中国工程院院士、中国华能集团原董事长舒印彪说。
海上风电是高度资本密集型行业,它的健康发展离不开政策管理和长期规划的完善。近年来,我国海上风电发展迅速,行业崛起的背后是国家政策的大力支持。
作为海上风电发展的亲历者,中国三峡新能源(集团)股份有限公司副总经理、党委委员吕鹏远见证了我国海上风电发展的三个阶段。
2007—2011年为探索规划期,《海上风电场工程规划工作大纲》出炉,正式启动我国沿海地区海上风电规划。
2012—2017年为重点培育期,《全国海上风电开发建设方案》等系列规划方案出台,海上风电成为我国风电发展的重点任务,数个规模化的海上风电场建成。“十二五”末期是我国陆上风电向海上风电发力转型的“分水岭”。吕鹏远介绍,当时,六座千万千瓦级风电基地集中在“三北”地区,由于本地消纳能力不足,外送通道短缺,大量清洁风电被“遗弃”。国家能源局的数据显示,2015年全国风电弃风率为15%,成为有史以来弃风最严重的年份。也正是在2015年前后,我国海上风电建设迎来了提速。
2018—2021年底为快速发展期,《关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见》出台,我国海上风电加快从近海向远海迈进的脚步。
从全球范围看,现阶段海上风电整体仍处于发展初级阶段。根据全球风能理事会统计,截至2021年,全球海上风电累计装机规模为56吉瓦,在全球风电总装机中只占7%。
广东阳江沙扒海上风电场
我国拥有18万公里的海岸线,200多万平方公里的大陆架和6500多个岛屿,海上风资源技术开发潜力超过3500吉瓦。如今,我国新增海上风电规模已位居全球第一,成为全球最重要的海上风电市场之一。
在国家政策加持下,国内多家海上风电企业开始与大海的博弈。
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将风机搬进海洋并非易事
2007年,辽东渤海湾,中海油绥中36-1油田的钻井平台上,赫然立起一个与石油开采不相*庞然大物。近40米高的白色塔筒托举着风机机头,三支约40米长的叶片迎风旋转,就像一位全副武装的钢铁巨人在与海风搏斗。
这是我国第一台在海洋环境中运行的直驱永磁风电机组,这台由新疆金风科技股份有限公司(以下简称金风科技)研制的试验样机装机容量仅有1.5兆瓦,机型还是陆上风机的机型。而在当时,国外的海上风机已经能做到3.6兆瓦。这意味着要缩短与国外的差距,我国海上风电全产业链要追赶数年。
当渤海湾的这台机组点亮第一盏灯时,也点亮了中国海上风电继续远航的灯塔。
然而,风电产业从陆地走向海洋绝非易事,首当其冲便是自然环境更为复杂。在陆地上架设风机只需考虑风载荷的影响,但在海上,风机遭遇的环境载荷来自风、浪、流的联合作用。南方沿海台风频发,渤海冬季海冰入侵,对风机和基础的强度与疲劳性能提出更高要求。此外,高湿、高盐的环境会加剧对叶片的腐蚀,不光导致发电量的下降,严重时还会损毁风机设备。
吕鹏远告诉科技日报记者,海底地形、地质较为复杂,特别是东海、南海海域起伏陡峭、遍布礁石及孤石,有的海底高差大,有的裸岩坚硬如铁,对工程施工提出了严苛的要求。面对复杂的海洋环境,只有大力推进科技创新,才能实现风力资源的高效利用。
“十一五”至“十三五”期间,国家层面支持风电产业科技创新的力度不断加强,863计划、国家科技支撑计划、国家重点研发计划在风电领域设立科研项目,密集支持海上风电机组关键零部件的研制与测试技术的开发,并在2019年的可再生能源与氢能技术项目中,布局面向深远海的大功率海上风电机组及关键部件的设计研发项目。