深遠海域海上風電發(fā)展分析與建議

文/董飛飛 陳海焱 張?zhí)忑?劉哲 余丹

近年來，在“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略與“雙碳”目標的指引下，海上風電發(fā)展按下“快進鍵”。2021年，中國海上風電裝機規(guī)模躍居世界第一，實現(xiàn)了從萌芽伊始到迅速壯大、從零星試點到產(chǎn)業(yè)集群的跨越式發(fā)展。考慮資源潛力、消納能力、近海海域空間緊張等因素，深遠海風電將是未來海上風電發(fā)展的重要方向。

一、海上風電是未來我國可再生能源領域的重要發(fā)展方向

海上風電相比于陸上風電具有風速更高、資源豐富、可利用小時數(shù)更多和不占用陸地面積等優(yōu)點。隨著相關技術和裝備的不斷成熟，沿海地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展對能源需求愈加迫切，海上風電迎來了規(guī)模化發(fā)展的重大機遇。我國具有海岸線長、可利用海域面積廣等發(fā)展海上風電的天然優(yōu)勢，且海上風電靠近東南沿海地區(qū)用電負荷側、就地消納方便，使其成為我國發(fā)展低碳經(jīng)濟、促進能源結構轉型的重要抓手。

當前，全球海上風電總體呈現(xiàn)“由小及大、由近及遠、由淺入深”的發(fā)展趨勢，即單臺風機額定容量逐步增大，已邁入15兆瓦時代；風電場裝機容量和面積越來越大，規(guī)模化開發(fā)趨勢明顯；風電場離岸距離和水深不斷增加，分別超過100 千米和100米，深海化趨勢明顯；競價上網(wǎng)成為海上風電發(fā)展新模式，項目成本總體呈下降趨勢。

2022年1月29日，國家發(fā)展和改革委員會和國家能源局印發(fā)的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出，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。此后，多個省（區(qū)、市）陸續(xù)出臺海上風電“十四五”發(fā)展規(guī)劃，我國海上風電將迎來新一輪發(fā)展熱潮。

二、深水遠海是海上風電未來發(fā)展的必然選擇

海上風電的開發(fā)區(qū)域由近及遠可分為潮間帶、潮下帶灘涂、近海以及遠海，一般認為水深大于50 米的是深海風電，場區(qū)中心離岸距離大于70千米為遠海風電。

近海海上風電總體開發(fā)潛力有限，且單體規(guī)模較小，易受航運、漁業(yè)等因素影響。近年來，在海上風電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時，其他產(chǎn)業(yè)用海需求也不斷提高，同時海洋生態(tài)環(huán)境保護意識逐步增強，近海海上風電資源的開發(fā)已基本趨于飽和。

我國深遠海域廣闊、風能資源豐富，總量約10 億千瓦，相當于近海風資源的2 倍，風電利用小時數(shù)較高，開發(fā)制約因素相對較少，發(fā)展?jié)摿薮蟆ｋS著我國近海資源開發(fā)逐步飽和和深遠海風電并網(wǎng)技術進步，同時借鑒歐洲海上風電技術發(fā)展經(jīng)驗，由近海走向遠海、由淺海走向深海，是海上風電未來發(fā)展的必然趨勢。

三、深遠海域海上風電發(fā)展存在的問題

（一）勘查力度不夠，亟需整體規(guī)劃和頂層設計

我國海岸線長，各地海洋或地質環(huán)境差異大、開發(fā)條件各異。目前我國對海上風電資源缺乏詳盡的勘查，存在勘察平臺適應能力有待提高、勘察設備落后、從業(yè)人員經(jīng)驗不足、勘察數(shù)據(jù)缺少第三方把關、費用投入偏低等問題，導致不能準確掌握海上風電的資源儲量、分布特性等。海上風電和能源輸送通道的構建缺乏整體規(guī)劃和頂層設計，與陸上主干電網(wǎng)的協(xié)同控制理論尚不完善，亟待采用統(tǒng)一規(guī)劃的理念指導海上風電的規(guī)模化開發(fā)和利用，推動海上風電產(chǎn)業(yè)盡快從“各自為政、無序發(fā)展”向“宏觀統(tǒng)籌、快速有序”轉變。

（二）裝備研發(fā)能力和工程建設水平不足

深遠海環(huán)境更加惡劣、復雜，對系統(tǒng)可靠性、設備安全性及設計、安裝、施工、運維水平等提出了更高要求。目前，我國在超大型風電機組、漂浮式風機基礎、遠海風電輸電、智慧運維等方面還處于研發(fā)和示范階段；超長柔性葉片設計和制造技術、大功率風機主軸承、傳動鏈試驗檢測設備、高端運維裝備等海上風電關鍵環(huán)節(jié)自主化程度有待提升；柔性直流換流閥關鍵元部件、高壓直流海纜優(yōu)質絕緣料等對外依存度較高；安裝船和運維船的設計、建造以及人才隊伍的培養(yǎng)都落后于海上風電整體發(fā)展步伐。同時，隨著我國海上運力水平的提升，海上風電的工程建設已逐步從粗放式建設轉變?yōu)榫珳市秃图s型建設，亟需提高工程建設水平和能力，以支撐和保障海上風電的大規(guī)模開發(fā)建設和順利發(fā)展。

（三）大容量并網(wǎng)送出技術仍存在瓶頸

經(jīng)濟高效地解決大規(guī)模海上風電并網(wǎng)問題是海上風電發(fā)展面臨的核心挑戰(zhàn)之一。與近海風電場相比，深遠海域海上風電的送出通道、并網(wǎng)方式面臨更為嚴苛的要求。雖然相關的基礎性、前瞻性研究已陸續(xù)展開，但以柔性直流為代表的深遠海大規(guī)模海上風電并網(wǎng)送出技術在我國尚處于試驗示范階段，仍有諸多關鍵技術難題有待解決。例如，由于海上平臺空間、承重嚴重受限，在緊湊化、輕型化上還需進一步提升；直流海纜等核心設備絕緣水平達到研制瓶頸，對暫態(tài)過電壓抑制提出了更高要求；遠海風電柔直系統(tǒng)運行工況多變、頻率耦合機理復雜，振蕩抑制面臨極大挑戰(zhàn)；海上設備維修窗口期不確定，設備故障易造成系統(tǒng)長期停運，控制保護技術有待進一步提高。

（四）工程復雜度高、可到達性差導致運行維護困難

海上風電的跨越式發(fā)展和大規(guī)模開發(fā)建設階段，對工程建設的質量和效率提出了更高的要求。相較于陸上風電，由于海底地理環(huán)境復雜，海面氣象條件多變，海上風電工程涉及范圍廣、復雜度高，面臨建設條件惡劣、專業(yè)種類眾多、可到達性差、施工難度大、運行維護困難等問題，且隨著離岸距離和水深的增加，運行維護的時間周期和成本會出現(xiàn)大幅度提升。此外，受臺風等惡劣天氣的影響，每年平均可施工運維工作窗口期僅100 多天，安裝、施工、運維等均面臨巨大壓力與挑戰(zhàn)，對機組的預防性維護提出更高要求。與此同時，海上風電場的規(guī)模化發(fā)展致使海上風電運維需求出現(xiàn)爆發(fā)式增長，但國內海上風電運維裝備滯后于風電場的發(fā)展，不能滿足快速性、安全性、穩(wěn)定性要求。

（五）全生命周期技術經(jīng)濟評價標準體系不完備

海上風電作為當前研究熱點，我國圍繞體系架構、解決方案、項目管理、運營維護等方面做了很多研究工作。然而，大多數(shù)研究只關注工程規(guī)劃設計、施工、運維中某個階段或局部性問題，目前國內能夠覆蓋海上風電項目全壽命周期技術經(jīng)濟評價的研究尚處于起步階段，其技術基礎（如數(shù)字孿生技術）尚不完善，還沒有完全形成符合我國海上風電現(xiàn)狀的技術標準和檢測認證體系，且相關的體制機制也有待進一步完善。

（六）成本較高難以實現(xiàn)平價上網(wǎng)

成本問題一直是海上風電的最大痛點，由于海上環(huán)境的特殊性，海上風電的安裝、發(fā)電和運行維護成本仍處于高位。且隨著離岸距離和水深的增加，輸電成本會因為海纜成本的提高而大幅增加，這也是目前我國深遠海域海上風電開發(fā)的主要挑戰(zhàn)之一。伴隨著海上風電產(chǎn)業(yè)的成熟，政策補貼逐漸退坡，成本問題將更加凸顯。根據(jù)目前的成本測算，深遠海域海上風電短期內還很難實現(xiàn)平價上網(wǎng)。

（七）海洋資源綜合利用相關技術有待突破

我國海上風能資源主要分布在東南沿海地區(qū)，當?shù)睾Ｑ蠡顒宇l繁，用海需求多樣，海上風電的用海需求與交通、海事、漁業(yè)、國防、環(huán)境保護等相互交織，可用于海上風電開發(fā)及并網(wǎng)送出的通道資源趨于緊張。應在統(tǒng)籌調配、充分利用通道資源的基礎上，將海上風電與海洋牧場、海上油氣、海水淡化，氫能、儲能綜合開發(fā)利用融合發(fā)展，實現(xiàn)降本增效。但目前海洋資源綜合利用技術方面尚處于起步、探索階段，相關技術手段有待進一步突破，安全可靠性也需加強論證。

四、深遠海風電的發(fā)展建議

（一）加大勘查評估力度，整體規(guī)劃統(tǒng)籌開發(fā)

加大對海上風電資源的勘測、評估力度，準確掌握深遠海風電的資源儲量、分布情況，增強全國一盤棋意識，時刻緊繃安全弦，從源頭做好深遠海域海上風電的頂層設計、整體規(guī)劃與項目布局,加強海上風電和電網(wǎng)規(guī)劃統(tǒng)籌協(xié)調，統(tǒng)一調配輸電通道走廊資源，穩(wěn)步推進集約化規(guī)模化開發(fā)、集中式送出和高比例消納，完善深遠海域海上風電開發(fā)建設管理，合理安排建設時序，最大限度降低海上風電開發(fā)對自然環(huán)境的影響，避免低效和重復投資。

（二）提升自主創(chuàng)新能力，完善規(guī)范統(tǒng)一標準

加強深遠海域海上風電領域的自主科技創(chuàng)新，針對關鍵與共性技術開展集中攻關，大力推進風電機組大型化、定制化和智能化開發(fā)，突破大功率齒輪箱和百米級葉片等“卡脖子”核心部件、核心技術，不斷提高裝備國產(chǎn)化率，加強以漂浮式風電技術、柔性直流輸電等并網(wǎng)關鍵技術為代表的深遠海風電前沿技術研發(fā)，注重高性能替代材料的研發(fā)與應用，統(tǒng)籌陸上和海上工程裝備的專業(yè)化研發(fā)，推動智能化控制與運維技術發(fā)展。同時，應進一步健全海上風電相關標準和檢測認證體系，加快海上風電并網(wǎng)及各環(huán)節(jié)標準、規(guī)范研制，推動國家級海上風電檢測認證基地建設。

（三）多措并舉降本增效，努力實現(xiàn)平價目標

結合我國海上風電的資源稟賦、發(fā)展環(huán)境、開發(fā)模式和產(chǎn)業(yè)水平等各個環(huán)節(jié)實際情況,多措并舉不斷推進深遠海海上風電降本增效。

通過新型大容量機組、專業(yè)化施工船舶和設備的應用，研發(fā)、制造、運維、檢測一體化發(fā)展，規(guī)模化連片開發(fā)、集中送出等手段降低建設成本；利用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G 等數(shù)字化、智能化手段，開發(fā)適合我國海上風電發(fā)展的產(chǎn)品和解決方案,提升產(chǎn)品的可靠性,進而降低運維成本；快速提升施工水平，降低施工安裝成本；做好海上風電產(chǎn)業(yè)延鏈、強鏈、補鏈，降低全產(chǎn)業(yè)鏈成本。推動我國海上風電朝著開發(fā)規(guī)模化、風機大型化、機組定制化、離岸遠海化、并網(wǎng)柔性化、方案系統(tǒng)化、運維智能化的方向發(fā)展，早日實現(xiàn)平價上網(wǎng)。

（四）數(shù)字化智能化應用，提升建設運維能力

在“雙碳”戰(zhàn)略和風電平價背景下，風電機組向大型化、輕量化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展，風電行業(yè)的設計、制造、安裝和運維面臨更多挑戰(zhàn)。在工程全命周期管理中，數(shù)字化轉型成為海上風電持續(xù)高效發(fā)展的必經(jīng)之路。應廣泛應用自動化、數(shù)字化和智能化手段，研發(fā)運維新技術，提高機組遠程運行監(jiān)測、故障預警與診斷水平，提升故障處理效率，縮短運維時長，并逐步通過集群化開發(fā)實現(xiàn)“共享式”運維，不斷提升海上風電的總體建設運維能力。

（五）綜合開發(fā)利用資源，相關產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展

通過產(chǎn)業(yè)協(xié)同與多能互補，推動深遠海域海上風電從單一品種發(fā)展向多品種融合發(fā)展轉變，將是海上風電未來發(fā)展趨勢。搭建共享平臺，建立技術合作機制，打破條塊分割與行業(yè)壁壘，充分發(fā)揮全球領先的海上風電技術及海洋能源整體解決方案優(yōu)勢，加速推動海上風電與海洋牧場、海上油氣、海水淡化，氫能、儲能綜合開發(fā)利用融合發(fā)展，進一步豐富產(chǎn)業(yè)集群，增強我國海上風電全壽命周期綜合服務能力，提升項目整體效應，提高海域利用效率，助推我國海洋經(jīng)濟的高質量發(fā)展。

（六）高度重視對外交流，積極參與國際合作

加強對外的行業(yè)性交流，借鑒英國、德國、丹麥等歐洲國家在海上風電項目的競爭性配置辦法與發(fā)展思路、開發(fā)并網(wǎng)等方面的成熟經(jīng)驗，著力于必要的技術和先進的管理理念，探索適合我國國情的海上風電高質量、可持續(xù)發(fā)展路徑，積極參與國際競爭與合作，推動我國海上風電技術、標準、裝備一體化“走出去”,不斷提升國際話語權，共同促進海上風電產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。

五、結束語

當前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命深入發(fā)展，能源電力系統(tǒng)的安全高效、綠色低碳轉型及數(shù)字化智能化技術創(chuàng)新已成為全球發(fā)展趨勢。海上風電作為一種清潔能源，具有廣闊的市場前景和發(fā)展?jié)摿ΑｋS著海上風電開發(fā)向深遠海發(fā)展，部分關鍵核心技術裝備仍需進一步突破，亟待加強科技創(chuàng)新實現(xiàn)技術的進步和成本的降低，支撐海上風電產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。