海上風(fēng)電：創(chuàng)新合作贏未來(lái)

孫一琳

海上風(fēng)電作為全球可再生能源的主要發(fā)展方向之一，具有資源儲(chǔ)備豐富、發(fā)電穩(wěn)定、利用率高等優(yōu)勢(shì)，是全球能源轉(zhuǎn)型的重要推動(dòng)力。又因?yàn)樯婕岸鄠€(gè)領(lǐng)域，能充分帶動(dòng)海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，是地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的引擎之一。目前，隨著各國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命不斷推進(jìn)，能源轉(zhuǎn)型步伐加快，作為可再生能源領(lǐng)域代表的海上風(fēng)電，也在全球迎來(lái)規(guī)模化發(fā)展。

據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)（GWEC）預(yù)測(cè)，2030年，全球海上風(fēng)電裝機(jī)容量將超過(guò)2億千瓦，歐洲裝機(jī)容量穩(wěn)定上升，而中國(guó)未來(lái)五年的年裝機(jī)容量將達(dá)到300萬(wàn)-400萬(wàn)千瓦，有望成為全球最大的海上風(fēng)電市場(chǎng)。這樣一個(gè)巨大的市場(chǎng)，離不開各國(guó)政策的支持、高端裝備技術(shù)的創(chuàng)新和全產(chǎn)業(yè)鏈的聯(lián)合。在2019北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)上，來(lái)自全球海上風(fēng)電及相關(guān)領(lǐng)域的多位專家濟(jì)濟(jì)一堂，為海上風(fēng)電的高質(zhì)量發(fā)展出謀劃策。政策提供保障

政策為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供基礎(chǔ)性保障，全球海上風(fēng)電迅速崛起的背后是各國(guó)予以的充分支持。

“有一個(gè)值得注意的現(xiàn)象，海上風(fēng)電成本呈平穩(wěn)下降趨勢(shì)的國(guó)家往往具有更加集約化的前期開發(fā)形式，包括輸電系統(tǒng)的開發(fā)。”貝勵(lì)咨詢高級(jí)首席顧問(wèn)Andy Kelly通過(guò)數(shù)據(jù)分析得到這樣的結(jié)論。據(jù)悉，很多歐洲國(guó)家政府會(huì)介入海上風(fēng)電的開發(fā)機(jī)制設(shè)計(jì)及產(chǎn)業(yè)規(guī)劃制定，充分發(fā)揮協(xié)調(diào)作用，由此降低企業(yè)的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，避免造成資源開發(fā)的無(wú)序和浪費(fèi)。

在價(jià)格機(jī)制方面，英國(guó)的3輪差價(jià)合約（cfI））競(jìng)標(biāo)吸引了全世界的目光。彭博新能源財(cái)經(jīng)分析師汪子越認(rèn)為：“如今英國(guó)采用差價(jià)合約機(jī)制，那些參與其中的項(xiàng)目確實(shí)獲得了一定程度的收益保障，為企業(yè)提供了較為穩(wěn)定的預(yù)期，但從政府層面上看，實(shí)際操作過(guò)程中所需要的補(bǔ)貼支持是比較少的。”如此能促進(jìn)海上風(fēng)電的快速健康發(fā)展，同時(shí)并沒(méi)有造成過(guò)多的財(cái)政負(fù)擔(dān)，達(dá)成雙贏。

近年我國(guó)海上風(fēng)電市場(chǎng)全面轉(zhuǎn)好，首先“十三五”規(guī)劃目標(biāo)有望提前完成。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近3年海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量上升約40%，市場(chǎng)大門正全面打開。隨著海上風(fēng)電市場(chǎng)的快速發(fā)展。國(guó)家逐步減少了對(duì)海上風(fēng)電的扶持力度。此前發(fā)布的《關(guān)于2018年度風(fēng)電建設(shè)管理有關(guān)要求的通知》和《關(guān)于完善風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)政策的通知》，要求從2019年起，新增核準(zhǔn)的海上風(fēng)電項(xiàng)目應(yīng)全部通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)方式配置和確定上網(wǎng)電價(jià)，但對(duì)2018年年底前已核準(zhǔn)的海上風(fēng)電項(xiàng)目，給予了3年的建設(shè)期，此后海上風(fēng)電市場(chǎng)全面進(jìn)入競(jìng)價(jià)上網(wǎng)模式。短期內(nèi)，海上風(fēng)電可以繼續(xù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累;長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，此舉將有利于我國(guó)海上風(fēng)電擺脫對(duì)補(bǔ)貼的依賴，實(shí)現(xiàn)健康發(fā)展。產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術(shù)先行

在全球可再生能源成本持續(xù)下降的情況下，海上風(fēng)電應(yīng)加強(qiáng)精細(xì)化、集約化發(fā)展，推動(dòng)成本快速下降，提升自身競(jìng)爭(zhēng)力。圍繞前期精細(xì)化測(cè)風(fēng)、機(jī)組大型化技術(shù)、運(yùn)維技術(shù)等加大研發(fā)投入力度，帶動(dòng)整體行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和設(shè)備質(zhì)量提升，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

海上風(fēng)電場(chǎng)的微觀選址及集電線路方案對(duì)風(fēng)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性影響很大。微觀選址主要包括發(fā)電量評(píng)估與機(jī)位排布，集電線路設(shè)計(jì)主要包括海上升壓站選址與海纜拓?fù)湓O(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法效率低，且難以保證方案的經(jīng)濟(jì)性。明陽(yáng)智慧能源集團(tuán)股份公司風(fēng)能資源工程師劉懷西指出，目前行業(yè)主要利用風(fēng)能資源計(jì)算模型、陣列式布機(jī)算法、升壓站選址算法、高壓海纜路由避障算法、中壓海纜拓?fù)鋬?yōu)化算法展開海上風(fēng)電場(chǎng)一體化設(shè)計(jì)，分階段優(yōu)化，保證方案的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的提升，以及海纜投資成本的控制，從而提升收益：采用自動(dòng)化的方式提高出方案的效率。

企業(yè)除了依靠自身對(duì)海域的測(cè)算之外，還可以借助科研機(jī)構(gòu)提供的數(shù)據(jù)服務(wù)來(lái)完善風(fēng)電場(chǎng)的設(shè)計(jì)。國(guó)家氣候中心面向政府、公眾、行業(yè)等提供海洋氣候服務(wù)系統(tǒng)。據(jù)悉，國(guó)家氣候中心基于多源海量觀測(cè)數(shù)據(jù)和中尺度數(shù)值模式，運(yùn)用觀測(cè)資料同化技術(shù)，開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、高時(shí)空分辨率、長(zhǎng)年代、多要素、精細(xì)網(wǎng)格的四維風(fēng)能資源大數(shù)據(jù)平臺(tái)。并且通過(guò)全國(guó)風(fēng)能資源專業(yè)觀測(cè)網(wǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)表明，近八成網(wǎng)格點(diǎn)的70米、100米高度年平均風(fēng)速相對(duì)誤差小于10%。結(jié)合海洋地理信息大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能夠提供我國(guó)離岸100公里以內(nèi)海域的精細(xì)化風(fēng)能資源和海浪數(shù)據(jù)。

海上風(fēng)電機(jī)組大型化是實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電場(chǎng)集約化建設(shè)的主要途徑。同等項(xiàng)目裝機(jī)容量下，采用單機(jī)容量越大的風(fēng)電機(jī)組，所需的基礎(chǔ)數(shù)量越少，海纜長(zhǎng)度更短，可有效減少項(xiàng)目用海面積，降低征海難度與項(xiàng)目長(zhǎng)期用海成本，促進(jìn)海洋產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展。

中國(guó)船舶重工集團(tuán)海裝風(fēng)電股份有限公司仿真及前沿技術(shù)研究所所長(zhǎng)文茂詩(shī)有一個(gè)形象的說(shuō)法：“葉片大型化是海上風(fēng)電競(jìng)價(jià)的籌碼。”國(guó)家層面的導(dǎo)向是發(fā)展大功率風(fēng)電機(jī)組來(lái)降低多項(xiàng)成本，在一定程度上推動(dòng)了機(jī)組功率和葉片的大型化，但也需要高度重視由此帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。企業(yè)必須從葉片材料、氣動(dòng)設(shè)計(jì)、模型設(shè)計(jì)、載荷控制等關(guān)鍵方面加大創(chuàng)新，以充分降低成本，提高機(jī)組可靠性。

某種程度上來(lái)說(shuō)，機(jī)組大型化趨勢(shì)增加了風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維難度。海上風(fēng)電機(jī)組一旦投運(yùn)，就需要持續(xù)運(yùn)行20-25年，并且需要面對(duì)惡劣的外部環(huán)境，再加上窗口期較短，運(yùn)維將很大程度上決定風(fēng)電機(jī)組能否長(zhǎng)時(shí)間可靠、高效運(yùn)行，影響海上風(fēng)電場(chǎng)全生命周期成本。三峽新能源海上風(fēng)電運(yùn)維江蘇有限公司副總經(jīng)理嚴(yán)國(guó)斌總結(jié)了海上風(fēng)電運(yùn)維面臨的挑戰(zhàn)：“第一，可靠性比較低，在惡劣氣候環(huán)境下，風(fēng)電機(jī)組和其他設(shè)備的故障率相對(duì)比較高。第二，維護(hù)成本比較高。有統(tǒng)計(jì)表明，運(yùn)維成本占項(xiàng)目全生命周期總成本的20%-30%，而海上風(fēng)電運(yùn)維成本是陸上風(fēng)電的2-3倍。第三，可達(dá)性差，海上風(fēng)浪很大，風(fēng)電場(chǎng)離岸遠(yuǎn)，對(duì)運(yùn)維船等各方面要求很高。”為此，需要綜合使用智能化運(yùn)維手段，建立集控中心，分析機(jī)組、線路的故障原因，為檢修提供技術(shù)指導(dǎo)。

針對(duì)海上風(fēng)電運(yùn)維的難點(diǎn)，一些企業(yè)開始探索新的運(yùn)維手段。空中客車直升機(jī)銷售經(jīng)理Oliver Fokken表示：“相較于受天氣和海上狀況影響經(jīng)常無(wú)法出海的船只，直升機(jī)可以應(yīng)對(duì)超過(guò)90%的需求時(shí)間，從而提升響應(yīng)效率.降低風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行成本。并且直升機(jī)的選擇更為靈活、多樣，最小的直升機(jī)可運(yùn)送8人，快速完成短距離近海任務(wù);較大的直升機(jī)可以進(jìn)行距離更遠(yuǎn)的運(yùn)維，并攜帶更多人員和物品。”直升機(jī)的引入為海上運(yùn)維的未來(lái)帶來(lái)更多可能。

未來(lái)，海上風(fēng)電勢(shì)必將從近海走向遠(yuǎn)海，從淺海走向深海，漂浮式基礎(chǔ)技術(shù)有望在其中扮演重要角色，眾多研發(fā)團(tuán)隊(duì)為此投入了大量的人力、物力，成效顯著。早在2017年，英國(guó)的蘇格蘭海岸誕生了世界首個(gè)漂浮式風(fēng)電項(xiàng)目。隨后，丹麥、法國(guó)、德國(guó)等歐洲國(guó)家也開始了漂浮式風(fēng)電場(chǎng)的開發(fā)建設(shè)。美國(guó)商業(yè)級(jí)的漂浮式海上風(fēng)電開發(fā)主要集中在其西海岸及部分島嶼。日本計(jì)劃在2023年投產(chǎn)大型商用漂浮式海上風(fēng)電項(xiàng)目。韓國(guó)計(jì)劃在其已有的東海油氣平臺(tái)附近建設(shè)20萬(wàn)千瓦的漂浮式海上風(fēng)電項(xiàng)目。中國(guó)也已在廣東陽(yáng)江、福建平潭、上海、臺(tái)灣花蓮等地準(zhǔn)備開展漂浮式風(fēng)電機(jī)組試驗(yàn)。

在漂浮式風(fēng)電的開發(fā)過(guò)程中需充分考慮基礎(chǔ)造價(jià)、系泊系統(tǒng)成本、施工安裝費(fèi)用、后期運(yùn)維費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)性因素;由于要避免遭到破壞或傾覆，甚至由此造成人員傷亡，其設(shè)計(jì)安全要求必須區(qū)別于普通海工平臺(tái)：應(yīng)與控制策略相結(jié)合，較優(yōu)的控制策略可有效降低機(jī)組載荷與浮體運(yùn)動(dòng)：此外，應(yīng)關(guān)注海洋生態(tài)保護(hù)。為此，明陽(yáng)智慧能源集團(tuán)股份公司基礎(chǔ)力學(xué)工程師任重進(jìn)表示：“數(shù)值仿真缺乏經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)驗(yàn)證，未來(lái)可采用多軟件相結(jié)合，共同仿真，相互驗(yàn)證，保證仿真的準(zhǔn)確性。整機(jī)廠商、設(shè)計(jì)院、高校及科研院所、海工企業(yè)、軟件供應(yīng)商等企業(yè)和機(jī)構(gòu)加強(qiáng)合作，共同完成漂浮式機(jī)組研發(fā)設(shè)計(jì)工作。”

推動(dòng)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展

海上風(fēng)電是推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，也是地方經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的引擎。

以Haliade-X型機(jī)組為例，據(jù)GE可再生能源海上風(fēng)電全球產(chǎn)品技術(shù)總監(jiān)Morten Schaap-Kristensen介紹，該機(jī)組的制造吸引供應(yīng)鏈所有的相關(guān)方面共同參與。“我認(rèn)為本地化是一個(gè)繞不開的話題。對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鐓^(qū)來(lái)說(shuō)，我們需要開展更多的工作，與他們進(jìn)行更好的互動(dòng)，來(lái)贏得他們的支持，同時(shí)也為當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)創(chuàng)造更多的價(jià)值。”

近日，該公司在廣東省揭陽(yáng)市為其亞洲首個(gè)海上風(fēng)電機(jī)組總裝基地——GE海上風(fēng)電機(jī)組總裝基地舉行開工儀式。據(jù)悉，該總裝基地占地7.1萬(wàn)平方米.預(yù)計(jì)于2021年建成投產(chǎn)，將極大地推動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。

海上風(fēng)電的發(fā)展還可以為海洋經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供更多機(jī)會(huì)。Aker Solutions公司進(jìn)行了諸多嘗試，用海上風(fēng)電為石油開采提供動(dòng)力，既可以解決有限的石油平臺(tái)上不能建造太大發(fā)電設(shè)備的問(wèn)題，提高開采效率，同時(shí)減少生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放。

海上風(fēng)電依托港口為其提供支撐，同時(shí)港口憑借龐大的海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，二者相輔相成，共同為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。埃姆斯哈文港海上風(fēng)電業(yè)務(wù)經(jīng)理埃里克·伯塞樂(lè)帶來(lái)了該港口與海上風(fēng)電的故事。該港口為來(lái)自德國(guó)、荷蘭、英國(guó)等國(guó)的16個(gè)項(xiàng)目，合計(jì)540萬(wàn)千瓦的1020臺(tái)風(fēng)電機(jī)組提供物流服務(wù)。同時(shí)為擁有316臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，合計(jì)170萬(wàn)千瓦的4個(gè)風(fēng)電場(chǎng)提供運(yùn)維服務(wù)，這些風(fēng)電場(chǎng)也將為港口提供電力.可用于支撐當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)業(yè)發(fā)展。與此同時(shí)，該港口還準(zhǔn)備建設(shè)直升機(jī)場(chǎng)地，用于支持海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

我國(guó)廣東陽(yáng)江、揭陽(yáng)，江蘇如東等地具備建設(shè)海上風(fēng)電母港的優(yōu)良條件，依托海上風(fēng)電開發(fā)，通過(guò)產(chǎn)業(yè)配套及產(chǎn)業(yè)組合，能夠?qū)崿F(xiàn)海上風(fēng)電全生命周期產(chǎn)業(yè)價(jià)值的集合，形成千億元級(jí)產(chǎn)業(yè)集群。

我國(guó)可以搭乘全球發(fā)展海上風(fēng)電的快車，通過(guò)加強(qiáng)國(guó)際交流，學(xué)習(xí)借鑒別國(guó)經(jīng)驗(yàn)。未來(lái)幾年將是我國(guó)海上風(fēng)電創(chuàng)新和變革的關(guān)鍵時(shí)期，新疆金風(fēng)科技股份有限公司董事、總裁曹志剛認(rèn)為：“海上風(fēng)電最難的不是技術(shù)、不是質(zhì)量，而是時(shí)間。”

與會(huì)者普遍希望政策保持穩(wěn)定，把握好降補(bǔ)貼的節(jié)奏，以便給投資人清晰的預(yù)期，提高投資積極性。同時(shí)倡議行業(yè)立足自身長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，確保合理的開發(fā)規(guī)模，通過(guò)提升全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)共贏，推動(dòng)我國(guó)海上風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)化、智慧化、規(guī)模化建設(shè)。