中國海上風電按下“快進鍵” 裝機規(guī)模躍居世界第一

3月30日，碧海藍天下，白色的風機高高聳立，巨大的槳葉悠悠轉動，將廣闊大海的陣陣海風化為社會經(jīng)濟發(fā)展的新動能。

這里是位于廣東省陽江市沙扒鎮(zhèn)海域的國內首個百萬千瓦級海上風電項目——三峽陽江沙扒海上風電項目(以下簡稱“三峽陽江項目”)。截至3月25日，該項目生產(chǎn)電能突破10億千瓦時，可替代標準煤30.76萬噸，相當于50萬個三口之家一年的正常用電量。

近年來，在全球綠色浪潮與“雙碳”目標的雙重驅動下，中國海上風電“藍色引擎”動力十足。2021年，中國海上風電裝機規(guī)模躍居世界第一，形成了完整的具有領先水平和全球競爭力的風電產(chǎn)業(yè)鏈與供應鏈。正如國家能源局新能源和可再生能源司司長李創(chuàng)軍所說：“中國海上風電實現(xiàn)了從小到大、從弱到強、從發(fā)展緩慢到跨越式發(fā)展的重大突破。”

攻堅克難——

“走向藍海”成“必答題”

若想實現(xiàn)“雙碳”目標，清潔能源業(yè)務亟需跨越式、差異化發(fā)展。由于裝機增速放緩，原本具有先發(fā)優(yōu)勢的風電產(chǎn)業(yè)正面臨被反超的局面。向海而興、向海圖強，“走向藍海”成為行業(yè)破局的“必答題”。

“中國不僅要開發(fā)好陸地資源，也要走向藍海，建設海洋強國。海上風電能夠促進科技進步、產(chǎn)業(yè)升級、帶動區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展，是一個很重要的產(chǎn)業(yè)鏈。”中國工程院院士劉吉臻說。

事實上，發(fā)展海上風電，中國擁有天然優(yōu)勢——海岸線長、可利用海域面積廣，擁有極大發(fā)展空間。

三峽集團三峽新能源公司董事長、黨委書記王武斌介紹，風電塔筒矗立海上，海床上的基礎工程必須做得扎實牢靠，塔筒頂端裝上葉輪后，海風帶動葉輪轉動，進而驅動發(fā)電機運轉，電流通過埋在海底的海纜傳導至海上升壓站，再以高壓方式并入電網(wǎng)，最終傳送至千家萬戶。

然而，海洋風電工程建設，絕非易事。

“不同于河流大壩建設，海上風電施工需要登船作業(yè)，一天24小時基本都是在海上漂泊。”作為一名擁有9年海上風電工作經(jīng)驗的老兵，三峽陽江項目工程管理部經(jīng)理滕華燈告訴本報記者，受制于復雜多變的自然條件，海上風電施工往往面臨極大挑戰(zhàn)。

以陽江海域為例，每年10月至第二年2月為季風季節(jié)，風高浪急，冬季涌浪基本在2.5米以上，最高時可達4米以上，每年的可作業(yè)天氣窗口只有100天左右。

“我們團隊平均年齡只有29歲，但大家的求知欲非常強，時常聚在一起開會，優(yōu)化施工方案。”面對惡劣海況，滕華燈帶領團隊邊學邊干，積極推動新技術應用，成功建成了亞洲單體容量最大的海上升壓站，敷設了國內首根大容量光電復合海纜，三峽陽江項目成為國內首個集中連片規(guī)?；_發(fā)的海上風電項目。

廣袤的大海除了令人生畏的海浪，海底地質條件也變化莫測。“在豆腐上插筷子”，便是對潮間帶風電基礎施工最形象的比喻。

“在泥濘的灘涂上給風電送出工程立塔架線，經(jīng)常需要在齊腰深的水中吊裝作業(yè)，這一站就是大半天……”2012年前后，一批潮間帶海上風電試驗場項目落地江蘇省如東縣，回顧起當年情景，國網(wǎng)江蘇省電力有限公司如東縣供電分公司協(xié)理員瞿成不無感慨。

當時，樁基建造多采用開挖式線澆基礎，樁基深度一般在4米左右。然而，“海與陸”如同“天與地”，陸上成功經(jīng)驗很難完全移植到海上。灘涂地質多是流沙，往往第一天打好的樁基，第二天就在流沙擠壓下出現(xiàn)變形、移位等情況。

通過不斷摸索，施工團隊最終決定采用灌筑樁建造方法，根據(jù)不同塔基所在環(huán)境的不同，增加樁基樁深，平均樁基在8到30米，提供足夠的支撐力。“在建材選用上，我們建議施工單位選用抗硫酸鹽水泥，能有效抵抗海水、鹽堿地的腐蝕，保障風電成功并網(wǎng)。”瞿成對本報記者說。

伴隨設備技術的日趨成熟，開發(fā)經(jīng)驗的不斷積累，近兩年，中國海上風電開發(fā)逐步進入加速期。2021年底，多個海上風電項目迎來集中并網(wǎng)：12月10日，華能山東半島南4號全容量并網(wǎng)，成為山東省首個實現(xiàn)全容量并網(wǎng)的海上風電項目;12月25日，江蘇大豐海上風電項目正式全容量并網(wǎng)發(fā)電;12月29日，大連莊河海上風電場址項目最后一臺海上風機順利并網(wǎng)……

“從全球來看，中國海上風電起步不算很早，但現(xiàn)在已經(jīng)展現(xiàn)出了非常良好的前景。”劉吉臻說，“我相信，作為中國能源綠色轉型發(fā)展的一個重要戰(zhàn)略支撐，未來，中國海上風電還會持續(xù)高速發(fā)展。”

立足創(chuàng)新——

核心競爭力優(yōu)勢明顯

在中國海上風電早期發(fā)展階段，多選用陸地機組進行適應性改造后下海應用，雖具有一定可靠性，但單機容量一般較小;若引進國外設備，國內企業(yè)并不掌握其核心技術，運維、優(yōu)化亦受制于人。

在此背景下，中國立足科技創(chuàng)新，加快核心技術攻關，目前已具備大兆瓦級風電整機、關鍵核心大部件自主研發(fā)制造能力。

近日，中國自主研制的13兆瓦抗臺風型海上風電機組，在福建三峽海上風電產(chǎn)業(yè)園順利下線，這是目前中國已下線的亞洲地區(qū)單機容量最大、葉輪直徑最大的風電機組，國產(chǎn)化率達到90%。

據(jù)介紹，該機組由中國東方電氣集團有限公司自主研制、擁有完全自主知識產(chǎn)權。“以一個100萬千瓦的項目測算，與10兆瓦機組相比，選用13兆瓦風電機組可減少機位23個，節(jié)約工程造價約5億元，將有效降低度電成本，提高業(yè)主投資收益率。”東方電氣風電股份有限公司副總經(jīng)理鄭大周介紹。

值得一提的是，13兆瓦抗臺風型海上風電機組的成功問世，離不開福建三峽海上風電產(chǎn)業(yè)園的孵化培育。

“8家國內外知名風機廠家在這里同場競技，不僅為我國海上風電發(fā)展遴選出最合適的風機，還有助于推進海上風電高端裝備國產(chǎn)化、大型化。”王武斌告訴記者，通過深度整合產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)業(yè)園在全面分析中國海上風電開發(fā)實際需求與各廠家技術特點和優(yōu)勢后，通過多輪協(xié)調，明確重要指標參數(shù)，深度參與大容量海上風電機組研發(fā)全過程。“同時，我們還從技術、資金等給予廠商支持，從用戶端提供技術應用反饋，與廠商實現(xiàn)共同進步、互利共贏，進而推動整個行業(yè)升級。”

2021年12月25日，如東海上風電柔性直流輸電工程全面投運，實現(xiàn)了中國在柔直海上風電領域“零”的突破。江蘇方天電力技術有限公司承擔著為其并網(wǎng)核心——海上換流站調試試驗的關鍵任務。

“柔性直流技術是一種新型直流輸電技術，能有效控制通過的電能，就如同在電力系統(tǒng)中接入一個完全可控的‘水泵’，能精準控制‘水流’的方向流量等。”方天公司電氣技術中心項目經(jīng)理楊春說。

安全穩(wěn)定實現(xiàn)海上風電大容量、遠距離、直流輸送，牽起海陸兩端的高壓輸電電纜的性能至關重要。“在耐壓試驗中，需要確保電纜充分放電。過去只能自然放電，等著電壓逐漸下降。”楊春介紹，經(jīng)測算，柔直工程自然放電最起碼要10個小時，而試驗期間正值夏季臺風高發(fā)，作業(yè)窗口期極為有限，如果沿用傳統(tǒng)方式，會影響整體進度。

為此，方天公司在電纜設計制造階段就提前介入，與電纜制造商聯(lián)合攻關，研發(fā)出世界首臺針對海陸直流電纜交接試驗的大容量直流設備專業(yè)放電系統(tǒng)，攻克了多項世界性難題，將放電時間縮短至50分鐘以內。

“綜合來看，中國本地化研發(fā)制造的大容量海上風電機組、超長葉片、長距離輸電工程等一系列海上風電關鍵技術均取得重要突破，技術創(chuàng)新能力處于全球第一梯隊，核心競爭力優(yōu)勢明顯。”中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會秘書長秦海巖表示。

機遇涌現(xiàn)——

規(guī)?；l(fā)展前景可期

作為單體規(guī)模大、年利用小時數(shù)高的風電發(fā)展類型，這些年，海上風電優(yōu)勢盡顯，發(fā)展機遇正加速涌現(xiàn)。

“‘十四五’期間，海上風電開發(fā)建設將進一步走向規(guī)?；?。”國家能源局新能源和可再生能源司副司長王大鵬表示，隨著相關指導性文件的發(fā)布，海上風電“高質量躍升發(fā)展”的主題將逐漸明確。

3月21日，國家發(fā)改委和國家能源局印發(fā)的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出，提升東部地區(qū)能源清潔低碳發(fā)展水平，要積極推進東南部沿海地區(qū)海上風電集群化開發(fā)，重點建設廣東、福建、浙江、江蘇、山東等海上風電基地。

與此同時，多地也錨定“藍海”，相繼出臺規(guī)劃，推進海上風電規(guī)?；_發(fā)。

山東省積極開拓海上風電“主戰(zhàn)場”，聚焦渤中、半島北、半島南三大片區(qū)，全力打造千萬千瓦級海上風電基地。加快啟動平價海上風電項目建設，推動海上風電與海洋牧場融合發(fā)展試點示范，探索海上風電項目與其他開發(fā)利用方式分層立體開發(fā)，發(fā)揮海域資源利用的綜合效益，推動海上風電規(guī)?；l(fā)展。

《廣東省海洋經(jīng)濟發(fā)展“十四五”規(guī)劃》提出，“十四五”期間廣東省將推動海上風電項目規(guī)?；_發(fā)，力爭到2025年底全省風電裝機容量達到1800萬千瓦，推動海上風電產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展，加快建設陽江、粵東海上風電產(chǎn)業(yè)基地。

《江蘇省“十四五”海上風電規(guī)劃》明確，“十四五”規(guī)劃海上風電項目場址共28個，規(guī)模909萬千瓦。“我們將依托豐富的海洋資源，大力發(fā)展海上風電，爭取到2030年，可再生能源電力總量要占到全社會用電量比重的35%左右。”江蘇省能源局新能源處處長盧先率介紹。

業(yè)內人士普遍認為，隨著規(guī)?；l(fā)展的到來，漂浮式海上風電將成為未來新賽道。

專家表示，相比于傳統(tǒng)海上風電的固定式基礎，漂浮式海上風電的適用范圍更大。其浮式基礎可自由移動，且易于拆除，適用海域類型更廣。在經(jīng)濟性層面，漂浮式海上風電未來也更有提升潛力，例如可采用集成結構，簡化程序，降低海上安裝費用。

據(jù)了解，中國漂浮式海上風電目前處于工程化示范階段，演示驗證項目相繼裝機運行測試，如中國首臺漂浮式海上風電試驗樣機——“三峽引領號”已于2021年正式完成風電機組吊裝，中國海裝工程化示范項目也將于今年初建設完成。

此外，海上風電與海洋牧場、海上油氣、海水淡化等多種能源資源的綜合開發(fā)利用及融合發(fā)展，也將是未來海上風電的重要發(fā)展方向。

“產(chǎn)業(yè)協(xié)同與多能互補將成為海上風電未來發(fā)展趨勢，規(guī)?；⒍ㄖ苹?、智慧化、大型化是降本增效的可靠途徑。”三峽集團江蘇分公司總經(jīng)理袁英平建議，應建立海上風電產(chǎn)業(yè)鏈，涵蓋海上風電的規(guī)劃設計、選址，以及海上風電專業(yè)服務、軟件開發(fā)等。

盧先率說，未來，江蘇省在海上風電產(chǎn)業(yè)協(xié)同開發(fā)方面，要做一些示范性、探索性工作。“目前，我們一些海上風電企業(yè)已經(jīng)探索了結合海上光伏的模式，技術上有待進一步突破。”