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向深向远挺进 追风逐电大海

2024-02-26   科技日报   阅读量:254

图为三峡集团海上风电机组。三峡集团供图

    ◎本报记者 何 亮

    不久前,拥有完全自主知识产权的全新一代18兆瓦海上直驱风电机组下线,成为目前已下线的全球单机容量最大、叶轮直径最大的海上直驱风电机组。而在2021年,海上风机最大单机容量还是16兆瓦。

    值得注意的是,开启海上风机“18兆瓦时代”的整机厂商不止一家。中国东方电气集团有限公司、明阳智慧能源集团股份公司、中国船舶集团海装风电股份有限公司等都在2023年公布了自主研制18兆瓦海上风机的消息。

    将视野放至全球,中国海上风电迅猛发展的态势更加明显。《全球海上风电产业链发展报告》显示,我国海上风电机组产能占全球市场的60%,发电机产能占全球市场的73%。我国已成为全球海上风电累计装机规模最大的国家。那么,我国发展海上风能有何潜力?海上风能的开发有哪些技术路线?发展海上风能对于我国能源体系有何意义?带着这些问题,记者采访了相关专家。

    我国海上风能资源较为丰富

    “与陆上风能资源相比,海上风能资源丰富、储量大,可集中连片大规模开发。”长期从事风能研究的中国科学院力学研究所研究员杨晓雷告诉记者,海上的风能资源禀赋好,风速大、功率密度高。此外,风电场的建设需要大量的空间场地。而海洋面积广阔,没有地表障碍物限制,可不断向远向深开拓。

    我国海上风能资源较为丰富,发展海上风电有特别的优势。杨晓雷介绍,一方面,我国近海和深远海、离岸200千米以内且水深小于100米的海上风能可开发量巨大。另一方面,我国海上风电行业在制造、安装等领域都具有较强国际竞争力。

    不仅如此,相比于陆上风电机组发出的电能,海上风电机组发出的电能到达沿海等高能源需求地区的距离更短、成本更低,更适合大规模开发。福建、浙江、山东、江苏、广东等用电大省,正好都位于沿海地区。

    我国海岸线绵长,大陆架面积大,岛屿众多,海上风能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。在国家政策的支持下,国内多家海上风电企业都开始发力“向大海要能源”。

    “应从两个方面认识海上风电的重要定位。”中国工程院院士、中国华能集团原董事长舒印彪说,“从战略角度,海上风电对实现碳达峰碳中和目标具有重要意义;在科技层面,风电各产业链技术是国际必争的制高点。”

    海上风能开发有两条技术路线

    风电机组从陆地走向海洋并非易事。随着离岸距离和区域位置的不同,自然环境变化非常复杂。在30多年的开发实践中,海上风电产业逐步形成近海风能和深远海风能开发两条技术路线。

    在上海东海大桥海域,高大的海上风机已经在这里迎风旋转了近14年。“这是亚洲首座海上风电场,也是近海海域利用固定式基础开发风能的典型代表。”杨晓雷告诉记者。记者了解到,固定式基础是在水深较浅的海域,采用固定式的平台结构,将海上风机固定在海上的方式。在近海海域,海床结构稳定,风、浪、流的联合作用相对较小,采用固定式基础技术难度小、建设成本低,是海上风能开发的首选方案。

    而离岸60多海里、水深超70米的深远海浪涌强劲,施工建设方无法将海上风机基础牢固地直插入海底。在这种海域,施工建设方选择用漂浮式基础,将风机拖浮在海面上。

    在我国南海,一台高度超百米的海上风电机组屹立在三角结构的漂浮平台上。远远望去,巨大的桨叶引人注目。这是全球首台抗台风型漂浮式海上风电机组——“三峡引领号”。它在2021年12月正式并网发电,标志着我国海上风电迈出了向深远海获取风能资源的步伐。

    “与近海机组‘站立’在海底不同,风电机组及漂浮式平台通过锚系与海底链接,像不倒翁一样漂在海面上。”杨晓雷说,“让风机安全稳定地漂浮起来,需要综合考虑叶片空气动力学、风电机组控制、漂浮式平台的结构设计、海洋环境等多种因素,极具难度。”

    目前,欧洲仍然是深远海域海上风电的先行者。欧洲市场已经完成建设漂浮式单立柱式风机20余台,半潜式风机10余台。多个海上风电强国也已在深远海域进行布局。在我国,除了“三峡引领号”,中国海装“扶摇号”、中国海油“海油观澜号”两个漂浮式海上风电平台也已并网发电。

    积极推动第三代风能技术发展

    由于具有运行效率高、输电距离短、不占用土地、适宜大规模开发等特点,我国相关部委和沿海多省份出台的能源规划中,都将海上风电作为未来的重点发展方向。

    国家发展改革委等九部门联合印发的《“十四五”可再生能源发展规划》提出,要有序推进海上风电基地建设,积极推动深远海海上风电技术创新和示范应用,不断推进深远海海上风电降本增效,实现海上风电平价示范。

    “发展海上风电对于我国能源体系具有重要意义。”杨晓雷告诉记者,发展海上风电,可以帮助我国实现能源结构的多元化,减轻对化石能源的依赖,提高我国能源安全性和可靠性,带动相关产业的发展,为经济增长注入新动能。与此同时,海上风电符合可持续发展战略的要求,能推动绿色低碳发展和生态文明建设。

    但是,作为技术密集型的高技术产业,我国海上风电,特别是深远海风电的开发仍然面临诸多难题。比如,海上的恶劣条件会对设备和系统带来较大挑战。我国在海上风电的施工、运维等环节还存在一些不足。

    杨晓雷认为,海上风能技术是风能技术前沿。他建议,要积极推动以场级控制为目标的第三代风能技术的发展,加快围绕风能波动、间歇特性等相关理论、方法组织基础研究,推进相关核心技术取得突破。同时,加强研发海上风电制氢、海水淡化等技术,促进海上风能的规模化综合应用。

    浩瀚海洋,风起电至。未来,中国的“大风车”将在更广阔的海域安家落户,继续化海风为能源。