當(dāng)前位置
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福建平潭，蔚藍(lán)色的海上風(fēng)電場，直徑252米的白色葉輪隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)，掃過約7個標(biāo)準(zhǔn)足球場的面積，風(fēng)機(jī)把動能轉(zhuǎn)化為電能，通過海底電纜輸送至陸上。
這樣一臺機(jī)組，平均每年可輸出超6300萬千瓦時的清潔能源，可以為3.6萬戶三口之家提供全年的生活用電。10臺，就足夠維持一個百萬人口城市的居民生活用電。
這是全球首臺16兆瓦超大容量海上風(fēng)電機(jī)組，也是中國長江三峽集團(tuán)有限公司（下稱“三峽集團(tuán)”）牽頭的“海上風(fēng)電安全高效開發(fā)成套技術(shù)和裝備及產(chǎn)業(yè)化”項目的具象。2024年6月24日，《海上風(fēng)電安全高效開發(fā)成套技術(shù)和裝備及產(chǎn)業(yè)化》獲得2023年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎。
這是一個多年積累的成果。面對復(fù)雜多變的海洋環(huán)境，三峽集團(tuán)在海上風(fēng)電設(shè)計建造中，持續(xù)優(yōu)化電力系統(tǒng)基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)，解決了深厚軟土地質(zhì)、淺覆蓋地質(zhì)、極端風(fēng)速、深遠(yuǎn)海域、超大荷載等技術(shù)難題，并利用數(shù)字化技術(shù)完善設(shè)備運行。
三峽能源（600905.SH）作為三峽集團(tuán)新能源業(yè)務(wù)的戰(zhàn)略實施主體，將“海上風(fēng)電引領(lǐng)者”戰(zhàn)略融入到企業(yè)發(fā)展中，貫通全價值鏈各環(huán)節(jié)。截至2024年上半年，三峽能源風(fēng)電累計裝機(jī)容量達(dá)到1962.46萬千瓦；其中海上風(fēng)電累計裝機(jī)容量為568.64萬千瓦，占全國市場份額的14.9%。
從2010年亞洲第一座大型海上風(fēng)電場——上海東海大橋風(fēng)電場，到2016年江蘇響水海上風(fēng)電實現(xiàn)商業(yè)化，再到2021年并網(wǎng)發(fā)電的廣東陽江百萬千瓦級海上風(fēng)電場，三峽集團(tuán)參與并見證了中國海上風(fēng)電走過“從0到1”的進(jìn)程，風(fēng)機(jī)由小變大，風(fēng)場由近到遠(yuǎn)，躋身全球海上風(fēng)電第一梯隊。
從零開始
海上風(fēng)電是全球可再生能源發(fā)展的重點領(lǐng)域，發(fā)電系統(tǒng)主要包括葉片、風(fēng)機(jī)、塔筒、基礎(chǔ)等部分；海上風(fēng)電場則是由若干臺風(fēng)機(jī)和海上變電站（升壓站或換流站）組合而成。
1991年，丹麥建成全球第一座海上風(fēng)電場——文德比海上風(fēng)電場（Vindeby），之后荷蘭、英國、德國等國陸續(xù)跟進(jìn)，拉開了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的序幕。不過，由于建造成本高、運維復(fù)雜，早期海上風(fēng)電發(fā)展速度緩慢。
進(jìn)入21世紀(jì)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，多國將海上風(fēng)電作為風(fēng)電發(fā)展的主要方向。這一時期，中國的能源需求持續(xù)增加，海上風(fēng)電開始起步，主要在灘涂、近海等區(qū)域，以小容量、小規(guī)模的示范性項目為主。
2010年，三峽上海院承擔(dān)勘測設(shè)計的亞洲首座大型海上風(fēng)電場——位于上海的東海大橋海上風(fēng)電一期項目并網(wǎng)，邁出了海上風(fēng)電設(shè)備國產(chǎn)化的第一步。
三峽上海院首創(chuàng)高樁承臺基礎(chǔ)，將8根八十多米長、直徑1.7米粗的鋼管打入海底，然后在鋼管頂部澆筑直徑達(dá)14米的混凝土承臺，進(jìn)而將風(fēng)電機(jī)組整體起吊至承臺完成安裝，解決了高聳風(fēng)機(jī)引起的樁基抗拔大、基礎(chǔ)水平變形大等難題。
如果說東海大橋項目是中國海上風(fēng)電自主研發(fā)的起步，那么三峽集團(tuán)江蘇響水項目則帶動了國內(nèi)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)步入商業(yè)化。
2015年，江蘇響水項目建設(shè)時面臨海纜造價高昂等問題。當(dāng)時歐洲和日本的海纜報價上億，而國內(nèi)尚無成熟的國產(chǎn)化替代方案。三峽能源副總經(jīng)理呂鵬遠(yuǎn)介紹，“盡管國產(chǎn)設(shè)備可以顯著降低成本，但當(dāng)時在技術(shù)和可靠性方面尚未得到驗證?！?/p>
經(jīng)過反復(fù)權(quán)衡和廣泛調(diào)研，三峽能源通過公開招標(biāo)，選擇與中天科技、東方電纜等公司達(dá)成合作，并在整個制造過程中深度參與參數(shù)設(shè)定等工作。同時，三峽能源還邀請業(yè)內(nèi)海纜專家進(jìn)行全程監(jiān)造，確保每一個環(huán)節(jié)都達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)。
最終，國產(chǎn)海纜在成本和質(zhì)量上均表現(xiàn)出色，運行效果理想，不僅實現(xiàn)了海纜的全面國產(chǎn)化，而且提升了整體的制造工藝。
同一年，在福建興化灣項目中，三峽集團(tuán)引進(jìn)金風(fēng)科技、明陽智能、東方風(fēng)電、上海電氣、GE等國內(nèi)外8家風(fēng)機(jī)廠商同臺競技，興化灣成為5兆瓦以上大功率樣機(jī)試驗風(fēng)場，開啟了海上風(fēng)電機(jī)組大型化之路。
伴隨中國制造在海上風(fēng)電相關(guān)產(chǎn)品、設(shè)備的進(jìn)步，加上政府對產(chǎn)業(yè)的政策支持，中國海上風(fēng)電的裝機(jī)量持續(xù)增長。
根據(jù)全球風(fēng)能理事會（GWEC）統(tǒng)計，2023年，中國海上風(fēng)電新增裝機(jī)量達(dá)到6.3吉瓦，自2018年起連續(xù)六年領(lǐng)跑全球，約占全球新增裝機(jī)量的58%。截至2023年底，中國海上風(fēng)電裝機(jī)總量達(dá)到38吉瓦，高出歐洲市場11%。
創(chuàng)新源自挑戰(zhàn)
比起陸上發(fā)電，海上風(fēng)能具有運行效率高、輸電距離短、占用土地少等特點，適宜規(guī)?；_發(fā)。但同時，海上風(fēng)電的技術(shù)難度也更高。淺覆蓋地基、臺風(fēng)頻發(fā)……海洋特有的氣候和環(huán)境，給項目的設(shè)計開發(fā)、施工建設(shè)、運維檢修都帶來困難和挑戰(zhàn)。
“海上風(fēng)電需要從業(yè)者‘與海博弈’。每一次產(chǎn)品升級，設(shè)計和建造人員都要付出更高數(shù)量級的努力?！眳矽i遠(yuǎn)表示。
具體來看，海上風(fēng)電的主要支撐結(jié)構(gòu)是塔筒和風(fēng)電機(jī)組，要將塔筒穩(wěn)定地“安插”在海床上并不簡單。不同于歐洲的沙土地質(zhì)，中國海上風(fēng)電項目主要是軟土或者巖石地基，沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗，需要自主探索穩(wěn)定可靠的支撐方式。
在福建興化灣項目中，三峽集團(tuán)基于高樁承臺基礎(chǔ)，將鋼管樁直徑增大，減少鋼樁數(shù)量，以降低嵌巖難度和縮短施工周期，樁頂通過混凝土承臺連到一起，提高了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
更具代表性的案例來自2021年并網(wǎng)發(fā)電的廣東陽江沙扒項目。這是全國首個百萬千瓦級海上風(fēng)電場，針對不同地質(zhì)采用了高樁承臺基礎(chǔ)、導(dǎo)管架樁基礎(chǔ)、單樁基礎(chǔ)、吸力筒基礎(chǔ)和漂浮式基礎(chǔ)等8種風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)型式，被譽為“海上風(fēng)電基礎(chǔ)博物館”。
“安插”過程的另一大挑戰(zhàn)在于設(shè)備運輸。江蘇響水項目建設(shè)時，由于當(dāng)時船機(jī)設(shè)備不夠先進(jìn)，風(fēng)機(jī)整體吊裝方案通常需要先在岸邊組裝好，再輸送到現(xiàn)場進(jìn)行吊裝，過程繁復(fù)且成本較高。
為此，三峽能源團(tuán)隊聯(lián)合施工單位以及多所科研院校，共同研發(fā)出了一套減震系統(tǒng)，滿足設(shè)備廠商吊裝“震動沖擊加速度不超過0.2G”要求，在海上浮臺吊裝和運輸時有效減少了風(fēng)機(jī)振動的頻率，從而保護(hù)風(fēng)機(jī)設(shè)備和機(jī)艙中的電氣設(shè)備。
“團(tuán)隊基于實驗數(shù)據(jù)和實際效果，最終實現(xiàn)了海上風(fēng)機(jī)整體吊裝，過程中沒有出現(xiàn)任何因振動導(dǎo)致的設(shè)備損壞。”呂鵬遠(yuǎn)指出，江蘇響水案例推動傳統(tǒng)水工裝備向?qū)Ｓ醚b備系統(tǒng)化轉(zhuǎn)變，帶動國內(nèi)海上風(fēng)電建造不斷取得突破。
項目完工后，風(fēng)電機(jī)組在運行期間還要面臨臺風(fēng)、極端海況、地震等影響，特別是南海海域，極端風(fēng)速時常高達(dá)50米/秒，瞬時風(fēng)速則不止如此。
三峽上海院海洋工程事業(yè)部副主任、總工程師黃俊向南方周末研究員介紹，過去臺風(fēng)來襲，海上風(fēng)電機(jī)組基本是“硬抗”，而現(xiàn)在機(jī)組設(shè)計提升了臺風(fēng)控制策略，通過變槳、偏航等方式來降低臺風(fēng)的作用力。目前，團(tuán)隊還通過建立數(shù)字孿生模型，對海上風(fēng)電場狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，提高項目的運維效率、降低相關(guān)成本。
從近海走向深遠(yuǎn)海
在中國長達(dá)1.8萬千米的海岸線沿岸，近海風(fēng)能資源的利用正在接近飽和。走向深遠(yuǎn)海，成為海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)下一步的發(fā)展方向。
中國《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》也明確提到，開展深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電規(guī)劃，完善深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)管理，積極推進(jìn)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電降本增效。
在深遠(yuǎn)海區(qū)域，風(fēng)能資源可開發(fā)量約為近海的3-4倍。與之對應(yīng)，風(fēng)機(jī)大型化、漂浮式技術(shù)、風(fēng)場規(guī)模化，都是未來發(fā)力的重心。
一般來說，在風(fēng)力足夠的情況下，海上風(fēng)電風(fēng)機(jī)越大，發(fā)電效率越高，也越能降低單機(jī)成本。在風(fēng)速比近海高出約20%的深遠(yuǎn)海區(qū)域，為了更好地捕獲風(fēng)能、降低遠(yuǎn)海開發(fā)成本并滿足收益率，大風(fēng)機(jī)勢在必行。
這也是全球趨勢——從單機(jī)容量2兆瓦到9.5兆瓦，行業(yè)用了20年時間（2000-2020年）；從9.5兆瓦到18兆瓦，則僅用了3年時間（2020-2023年）。
如今，中國海上風(fēng)電已經(jīng)進(jìn)入20兆瓦時代，并不斷刷新產(chǎn)業(yè)紀(jì)錄。2024年10月12日，全球最大的26兆瓦級海上風(fēng)電發(fā)電機(jī)組在福建福清海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園下線。
隨著離岸距離越來越遠(yuǎn)，水深越來越深，海上風(fēng)電設(shè)備也要相應(yīng)調(diào)整。呂鵬遠(yuǎn)指出，在深遠(yuǎn)海，傳統(tǒng)固定式基礎(chǔ)不僅成本過高，而且結(jié)構(gòu)的安全性也存在風(fēng)險；漂浮式基礎(chǔ)用錨將風(fēng)機(jī)連接海床，力爭做到“不倒不沉、不走不破”。
例如位于廣東陽江的“三峽引領(lǐng)號”機(jī)組，采用了3根立柱，立柱下方共有9根系泊纜將其拖住，可抵抗最大風(fēng)速超70米/秒的17級臺風(fēng)。
2022年7月，臺風(fēng)“暹芭”登陸南海，強(qiáng)度達(dá)到12級，風(fēng)速每秒37米。在“暹芭”正面襲擊下，“三峽引領(lǐng)號”的風(fēng)機(jī)機(jī)組、浮體和系泊系統(tǒng)都運行良好，印證了漂浮式風(fēng)電機(jī)組的安全性能。
經(jīng)歷了從項目補(bǔ)貼、電費補(bǔ)貼到平價并網(wǎng)，中國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)也在不斷推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步、成本降低。呂鵬遠(yuǎn)認(rèn)為，在設(shè)備創(chuàng)新的同時，風(fēng)場規(guī)模化開發(fā)可以攤薄成本，是海上風(fēng)電平價時代的有效路徑。
2024年11月16日，2024海上風(fēng)電現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈共鏈行動大會披露的數(shù)據(jù)顯示，截至2024年第三季度，中國海上風(fēng)電累計并網(wǎng)容量達(dá)3910萬千瓦，超過第2至5名的國家并網(wǎng)容量總和。到2024年年底，中國海上風(fēng)電裝機(jī)容量有望突破4500萬千瓦，將連續(xù)四年位居全球首位。
在大會現(xiàn)場，中國電機(jī)工程學(xué)會理事長、中國工程院院士舒印彪指出，要加強(qiáng)大容量機(jī)組漂浮式風(fēng)機(jī)、柔性直流、潮汐能等的利用，深化產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，海上風(fēng)電共鏈企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)協(xié)調(diào)聯(lián)動、優(yōu)勢互補(bǔ)、互利合作，攜手共建海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。
伴隨海上風(fēng)電規(guī)模增長、繼續(xù)向深遠(yuǎn)海推進(jìn)，建設(shè)挑戰(zhàn)也相應(yīng)加大，促使企業(yè)之間加強(qiáng)合作，共同推動產(chǎn)業(yè)鏈升級已經(jīng)成為業(yè)界共識。
各方攜手，中國海上風(fēng)電將一路向前。
