近日，全球首臺16兆瓦超大容量海上風電機組在福建并網發(fā)電，標志著我國海上風電大容量機組研發(fā)制造及運營能力再上新臺階。推動度電成本下降，研制關鍵零部件，發(fā)展走向深遠海……近年來，我國海上風電產業(yè)發(fā)展迅猛，已進入規(guī)模化開發(fā)階段。面向未來，隨著技術不斷突破、跨產業(yè)融合發(fā)展持續(xù)推進，海上風電行業(yè)將走得更遠、更穩(wěn)。
福建北部海域，一臺臺百米高的白色風機迎風轉動，將綠色電能送往千家萬戶。日前，全球首臺16兆瓦超大容量海上風電機組在這里成功并網發(fā)電，標志著我國海上風電大容量機組研發(fā)制造及運營能力再上新臺階。
截至2022年底，我國海上風電累計裝機已超3000萬千瓦，連續(xù)兩年位居全球首位，占比達一半左右。將時間軸拉長，截至2012年底，累計裝機約39萬千瓦；截至2017年底，累計裝機約279萬千瓦。可以看出，我國海上風電雖然起步較晚，但發(fā)展迅猛，已進入規(guī)模化開發(fā)階段。
《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》提出，“積極推動近海海上風電規(guī)模化發(fā)展”“推動深遠海海上風電技術創(chuàng)新和示范應用”。我國發(fā)展海上風電有哪些優(yōu)勢？下一步還需向哪些方面發(fā)力？記者進行了采訪。
開發(fā)勢頭強勁，大幅提升經濟性
要了解16兆瓦海上風機“巨無霸”，不妨先看幾個關鍵字：“大”，單支葉片長123米，葉輪掃風面積約7個足球場大小；“高”，輪轂中心高度152米，相當于50層樓高；“綠”，每年可輸出超6600萬千瓦時的綠色電力，能滿足3.6萬戶三口之家一年的用電量。不僅如此，其開發(fā)應用還攻克了超長柔性葉片、大型主軸軸承、超大容量發(fā)電機小型化等一系列關鍵技術難題。
從2007年1.5兆瓦風機在渤海建成發(fā)電、葉片長度不到40米，到如今的16兆瓦、18兆瓦“巨無霸”風機陸續(xù)推出，機組大型化成為海上風電發(fā)展的顯著趨勢。“應用更大的風電機組，能夠節(jié)省用海面積、提高發(fā)電效率、降低安裝施工成本等，繼而推動項目整體度電成本下降。”金風科技海上業(yè)務單元總經理于晨光說。
于晨光給記者算了一筆賬：以100萬千瓦海上風電項目為例，如果采用8兆瓦機組，需要125臺；采用16兆瓦機組，只需63臺，能節(jié)約35%以上的用海面積、降低40%以上的塔筒成本。另外，16兆瓦風機捕風效率有所提高，發(fā)電量比兩臺8兆瓦風機還要提升6%以上。總體推算，項目度電成本能降低12.5%左右。
這只是我國海上風電快速發(fā)展的一個縮影。中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會秘書長秦海巖介紹，當前我國已具備大容量海上風電機組自主設計、研發(fā)、制造、安裝、調試、運行能力。看制造，我國生產的發(fā)電機、輪轂、塔架等鑄鍛件以及葉片、齒輪箱、軸承等關鍵零部件產量占到全球市場的70%以上。看安裝，去年9月，我國自主建造的2000噸級海上風電安裝平臺“白鶴灘”號交付投運，大幅增強了海上風電機組施工安裝能力。
依托規(guī)模化開發(fā)與技術進步，海上風電開發(fā)的經濟性大幅提高。秦海巖介紹，2010年至2021年，我國海上風電度電成本降幅接近56%。當前海上風電項目平均度電成本已降至0.33元/千瓦時左右，到“十四五”末有望實現全面平價。
面向未來，海上風電發(fā)展前景廣闊。一方面，發(fā)展有資源。我國擁有約1.8萬多公里大陸海岸線，海上風能資源豐富。“我國近海和深遠海150米高度、離岸200公里以內且水深小于100米的海上風能資源技術可開發(fā)量為27.8億千瓦。目前海上風機累計裝機僅為3000多萬千瓦，利用率不足1.1%，未來開發(fā)潛力巨大。”秦海巖說。另一方面，消納有空間。我國電力負荷集中在東部沿海地區(qū)，但能源資源主要集中在西部和北部地區(qū)，靠近沿海地區(qū)發(fā)展海上風電，能夠實現“電從遠方來”與“電從身邊來”協(xié)同發(fā)展。
根據《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，我國將推動山東半島、長三角、閩南、粵東、北部灣等千萬千瓦級海上風電基地開發(fā)建設，推進一批百萬千瓦級的重點項目集中連片開發(fā)，結合基地開發(fā)建設推進深遠海海上風電平價示范和海上能源島示范工程。
突破關鍵技術，推進產業(yè)集群化
風力發(fā)電機來自中車株洲電機，葉片來自中材科技……全球首臺16兆瓦海上風電機組主機由上萬個零部件組成，關鍵部件均已實現100%國產化。研制過程中，金風科技協(xié)同了數十家企業(yè)、大學及科研院所，產業(yè)鏈上下游高效協(xié)同、產學研深度融合，為風電行業(yè)發(fā)展奠定了堅實基礎。
主軸軸承是風機的核心部件。3支總重量100多噸的巨型葉片在旋轉時，軸承必須保障它們能長時間平穩(wěn)流暢運轉，這意味著直徑3.2米的軸承加工誤差不能超過0.01毫米。
“軸承公司之前沒做過這么大尺寸的軸承，我們有這方面的技術積累，分享給他們滿足風機可靠性所需的載荷、扭矩等相關資料。歷時9個多月軸承順利交付，結束了我國不能研制超大容量海上風電機組主軸軸承的歷史。”于晨光說。
智能化應用，提高產品性能。渤海海域，山東能源電力集團90萬千瓦海上風電場有序運轉，每年可提供32.5億千瓦時綠電。“項目應用了狀態(tài)參數辨識自適應增功控制技術，實時感知風況變化及機組運行狀態(tài)，確保發(fā)電性能達到最優(yōu)，單機能夠提升約3%的發(fā)電量。”山東能源電力集團黨委書記李偉介紹。對于一些項目的抗臺風型風機，借助智能控制系統(tǒng)還能保證葉片始終處于最小受力角度，避免葉片發(fā)生渦激振動。
集群化發(fā)展，提升供應鏈韌性。廣東汕頭，國際風電創(chuàng)新港項目正在加緊建設，未來這里將聚集風電整機、葉片、齒輪箱、發(fā)電機、軸承等全產業(yè)鏈制造企業(yè)，以及檢驗檢測實驗室和大型科研裝置，形成“研發(fā)設計一體化、工藝流程一體化、生產制造一體化、檢測認證一體化”四個一體化的風電產業(yè)集群。
“大型風電機組的發(fā)電機、齒輪箱等體積大、陸運不便，依托汕頭國際風電創(chuàng)新港，有助于海上風電裝備及服務出口，降低物流成本。”于晨光介紹。和其他風電集群項目有所不同，汕頭國際風電創(chuàng)新港打通企業(yè)和企業(yè)之間的“圍墻”，相當于在一個超大廠房里，不同車間里的工序高效流轉，減少運輸環(huán)節(jié)。設備制造完后，還可以就近在旁邊的實驗中心測試，提升迭代速度，為我國海上風電技術創(chuàng)新和大型機組研制提供有力支撐。
向深遠海進軍，促進跨產業(yè)融合
目前，全球70%的潛在海風資源位于水深大于60米的深水海域。由近海走向深遠海，是海上風電發(fā)展的必然趨勢。
今年5月，我國首座深遠海浮式風電平臺“海油觀瀾號”并入文昌油田群電網，開啟為海上油氣田輸送綠電的新里程。作為我國第一個工作海域距離海岸線100公里以上、水深超過100米的浮式風電平臺，“海油觀瀾號”的建成投用，使我國海上風電的自主開發(fā)能力從水深不到50米提升至100米級以上。
中國海油研究總院院長米立軍介紹，在近淺海，風機是通過鋼管或者導管架，深深插入海底，固定風機；在深遠海，這種結構的基礎變得過于龐大，性價比將大打折扣。“浮式平臺可以打破作業(yè)水深和海底固定安裝條件的限制，有效拓展深遠海風能資源開發(fā)。”米立軍說。
但目前來看，我國深遠海浮式風電的發(fā)展仍面臨一些挑戰(zhàn)。例如漂浮式風電的系泊纜、電纜等高端產品的國內產業(yè)鏈還不完整，運維數據和經驗積累相對不足；從成本來說，漂浮式風電項目造價較高，平均度電成本相較傳統(tǒng)固定式海上風電高出3倍左右，仍處于商業(yè)化初期，亟須探索顛覆性新技術和高效開發(fā)模式，向規(guī)模化階段邁進。
根據相關規(guī)劃，我國將推進漂浮式風電機組基礎、遠海柔性直流輸電技術創(chuàng)新和示范應用，力爭“十四五”期間開工建設我國首個漂浮式商業(yè)化海上風電項目。在上海、江蘇、浙江、福建、山東、廣東、廣西等資源和建設條件好的區(qū)域，結合基地項目建設，推動一批百萬千瓦級深遠海海上風電示范工程開工建設，2025年前力爭建成一至兩個平價海上風電場工程。
不少受訪對象談到，隨著海上風電開發(fā)提速以及走向深遠海，相應的審批流程、用海政策等方面可以進一步優(yōu)化，并完善海洋、氣象、海事、環(huán)保等部門的統(tǒng)籌協(xié)調機制，進行整體規(guī)劃，促進具備條件的項目盡早開工建設。
與此同時，行業(yè)仍需保持合理的開發(fā)節(jié)奏。秦海巖認為，海上風電技術正處在快速迭代中，如果使用現有技術大干快上，不僅成本高、風險大，也無法讓風能資源得到最有效利用，造成浪費。因此，“十四五”海上風電發(fā)展的主基調依然是穩(wěn)妥，不應盲目追求規(guī)模。
海上風電行業(yè)要走得更遠、更穩(wěn)，跨產業(yè)融合發(fā)展是探索方向。在文昌油田群，通過打造海上風電與海洋油氣融合發(fā)展新模式，將油田群的4個燃料電站與“海油觀瀾號”風電平臺融合成一個整體，實現海洋油氣綠色低碳開發(fā)。“未來，可以推動海上風電項目開發(fā)與海洋牧場、海水制氫、觀光旅游等相結合，實現‘海上糧倉+藍色能源’立體開發(fā)，助力解決單一海洋資源開發(fā)瓶頸問題。”秦海巖說。

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