當前位置
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福建平潭，蔚藍色的海上風電場，直徑252米的白色葉輪隨風旋轉(zhuǎn)，掃過約7個標準足球場的面積，風機把動能轉(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電機組，也是中國長江三峽集團有限公司（下稱“三峽集團”）牽頭的“海上風電安全高效開發(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年度國家科學技術(shù)進步獎一等獎。
這是一個多年積累的成果。面對復(fù)雜多變的海洋環(huán)境，三峽集團在海上風電設(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)、極端風速、深遠海域、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）作為三峽集團新能源業(yè)務(wù)的戰(zhàn)略實施主體，將“海上風電引領(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，三峽能源風電累計裝機容量達到1962.46萬千瓦；其中海上風電累計裝機容量為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電場——上海東海大橋風電場，到2016年江蘇響水海上風電實現(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電場，三峽集團參與并見證了中國海上風電走過“從0到1”的進程，風機由小變大，風場由近到遠，躋身全球海上風電第一梯隊。
從零開始
海上風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、風機、塔筒、基礎(chǔ)等部分；海上風電場則是由若干臺風機和海上變電站（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電場——文德比海上風電場（Vindeby），之后荷蘭、英國、德國等國陸續(xù)跟進，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，早期海上風電發(fā)展速度緩慢。
進入21世紀，隨著技術(shù)的進步，多國將海上風電作為風電發(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，三峽上海院承擔勘測設(shè)計的亞洲首座大型海上風電場——位于上海的東海大橋海上風電一期項目并網(wǎng)，邁出了海上風電設(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14米的混凝土承臺，進而將風電機組整體起吊至承臺完成安裝，解決了高聳風機引起的樁基抗拔大、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電自主研發(fā)的起步，那么三峽集團江蘇響水項目則帶動了國內(nèi)海上風電產(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)理呂鵬遠介紹，“盡管國產(chǎn)設(shè)備可以顯著降低成本，但當時在技術(shù)和可靠性方面尚未得到驗證。”
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，選擇與中天科技、東方電纜等公司達成合作，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)海纜專家進行全程監(jiān)造，確保每一個環(huán)節(jié)都達到高標準。
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，三峽集團引進金風科技、明陽智能、東方風電、上海電氣、GE等國內(nèi)外8家風機廠商同臺競技，興化灣成為5兆瓦以上大功率樣機試驗風場，開啟了海上風電機組大型化之路。
伴隨中國制造在海上風電相關(guān)產(chǎn)品、設(shè)備的進步，加上政府對產(chǎn)業(yè)的政策支持，中國海上風電的裝機量持續(xù)增長。
根據(jù)全球風能理事會（GWEC）統(tǒng)計，2023年，中國海上風電新增裝機量達到6.3吉瓦，自2018年起連續(xù)六年領(lǐng)跑全球，約占全球新增裝機量的58%。截至2023年底，中國海上風電裝機總量達到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)模化開發(fā)。但同時，海上風電的技術(shù)難度也更高。淺覆蓋地基、臺風頻發(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。”呂鵬遠表示。
具體來看，海上風電的主要支撐結(jié)構(gòu)是塔筒和風電機組，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電場，針對不同地質(zhì)采用了高樁承臺基礎(chǔ)、導管架樁基礎(chǔ)、單樁基礎(chǔ)、吸力筒基礎(chǔ)和漂浮式基礎(chǔ)等8種風電機組基礎(chǔ)型式，被譽為“海上風電基礎(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，由于當時船機設(shè)備不夠先進，風機整體吊裝方案通常需要先在岸邊組裝好，再輸送到現(xiàn)場進行吊裝，過程繁復(fù)且成本較高。
為此，三峽能源團隊聯(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機振動的頻率，從而保護風機設(shè)備和機艙中的電氣設(shè)備。
“團隊基于實驗數(shù)據(jù)和實際效果，最終實現(xiàn)了海上風機整體吊裝，過程中沒有出現(xiàn)任何因振動導致的設(shè)備損壞。”呂鵬遠指出，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)海上風電建造不斷取得突破。
項目完工后，風電機組在運行期間還要面臨臺風、極端海況、地震等影響，特別是南海海域，極端風速時常高達50米/秒，瞬時風速則不止如此。
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，過去臺風來襲，海上風電機組基本是“硬抗”，而現(xiàn)在機組設(shè)計提升了臺風控制策略，通過變槳、偏航等方式來降低臺風的作用力。目前，團隊還通過建立數(shù)字孿生模型，對海上風電場狀態(tài)進行預(yù)測，提高項目的運維效率、降低相關(guān)成本。
從近海走向深遠海
在中國長達1.8萬千米的海岸線沿岸，近海風能資源的利用正在接近飽和。走向深遠海，成為海上風電產(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，開展深遠海海上風電規(guī)劃，完善深遠海海上風電開發(fā)建設(shè)管理，積極推進深遠海海上風電降本增效。
在深遠海區(qū)域，風能資源可開發(fā)量約為近海的3-4倍。與之對應(yīng)，風機大型化、漂浮式技術(shù)、風場規(guī)模化，都是未來發(fā)力的重心。
一般來說，在風力足夠的情況下，海上風電風機越大，發(fā)電效率越高，也越能降低單機成本。在風速比近海高出約20%的深遠海區(qū)域，為了更好地捕獲風能、降低遠海開發(fā)成本并滿足收益率，大風機勢在必行。
這也是全球趨勢——從單機容量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，中國海上風電已經(jīng)進入20兆瓦時代，并不斷刷新產(chǎn)業(yè)紀錄。2024年10月12日，全球最大的26兆瓦級海上風電發(fā)電機組在福建福清海上風電產(chǎn)業(yè)園下線。
隨著離岸距離越來越遠，水深越來越深，海上風電設(shè)備也要相應(yīng)調(diào)整。呂鵬遠指出，在深遠海，傳統(tǒng)固定式基礎(chǔ)不僅成本過高，而且結(jié)構(gòu)的安全性也存在風險；漂浮式基礎(chǔ)用錨將風機連接海床，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，可抵抗最大風速超70米/秒的17級臺風。
2022年7月，臺風“暹芭”登陸南海，強度達到12級，風速每秒37米。在“暹芭”正面襲擊下，“三峽引領(lǐng)號”的風機機組、浮體和系泊系統(tǒng)都運行良好，印證了漂浮式風電機組的安全性能。
經(jīng)歷了從項目補貼、電費補貼到平價并網(wǎng)，中國海上風電產(chǎn)業(yè)也在不斷推進技術(shù)進步、成本降低。呂鵬遠認為，在設(shè)備創(chuàng)新的同時，風場規(guī)模化開發(fā)可以攤薄成本，是海上風電平價時代的有效路徑。
2024年11月16日，2024海上風電現(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，中國海上風電累計并網(wǎng)容量達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，中國海上風電裝機容量有望突破4500萬千瓦，將連續(xù)四年位居全球首位。
在大會現(xiàn)場，中國電機工程學會理事長、中國工程院院士舒印彪指出，要加強大容量機組漂浮式風機、柔性直流、潮汐能等的利用，深化產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，海上風電共鏈企業(yè)應(yīng)加強協(xié)調(diào)聯(lián)動、優(yōu)勢互補、互利合作，攜手共建海上風電產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。
伴隨海上風電規(guī)模增長、繼續(xù)向深遠海推進，建設(shè)挑戰(zhàn)也相應(yīng)加大，促使企業(yè)之間加強合作，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，中國海上風電將一路向前。
