風從海上來 綠電入萬家

李漢龍

能源是人類生存和發展的重要物質基礎，也是推動社會經濟發展的原動力。在當今世界的能源結構中，人類消耗的主要是煤炭、石油、天然氣等化石能源。隨著全球能源消費需求飛漲，化石能源被大規模開發使用，產生的二氧化碳等溫室氣體的大量排放，導致全球氣候變暖，引發氣候的極端變化。為應對氣候變化，人類必須另辟蹊徑，積極尋求能夠替代化石能源的新能源和可再生能源，逐步擺脫對傳統化石能源的依賴。

從“黑金”到風力，能源一直在進化

回顧利用能源的進化史，人類經歷了從低級到高級、從簡單到復雜、從小量到大量的過程，先后走過了以柴薪為主、煤炭為主、石油和天然氣為主的時期，正邁入以水能、風能、核能、太陽能、生物質能等新能源廣泛利用的時代。煤炭、石油等，都是“一次能源”或稱“天然能源”，它們存在于自然界中。而由“一次能源”轉化和形成的電力、汽油、柴油、液化氣等能源被稱為“二次能源”或“人工能源”，在當今的人類社會使用更加廣泛。

其中，電力是現在人類最常用和最重要的“二次能源”，它可以非常方便地轉化成機械能、熱能、化學能等其他形式的能量供人類使用。電力的神奇應用正在日新月異地改變著世界，讓許多曾經令人神往的幻想，一個一個地變成了現實。當前，電力已經是人類現代文明的支柱，其應用程度成了衡量一個國家發展水平的主要標志之一。

火力發電是歷史最悠久的，也是當今世界各國所采用的最重要發電方式，包括燃煤發電、燃氣發電等。燃煤發電通過在鍋爐中燃燒煤炭等燃料，產生熱能并將水加熱，使水變成高溫、高壓的水蒸氣，然后由水蒸氣驅動汽輪機轉動，再帶動發電機來發電。

據中國國家統計局信息顯示，2021年以煤炭作為主要燃料的火力發電量依然占據我國發電總量的首位，為57702.7億千瓦時，同比增長8.4%，約為我國社會發電量的71.13%。其中，廣東省的火力發電量以4628.8億千瓦時，排在山東省、內蒙古自治區、江蘇省之后。

火力發電在給人類創造巨大社會效益和經濟效益的同時，也產生了一些環境問題。作為碳排放的最大單一來源，煤炭仍是世界最為常見的一次能源。以煤為主是我國的基本國情，目前我國煤炭占一次能源消費57%，煤炭發電量占約60%，對我國經濟安全發展至關重要。我國實現碳達峰必須立足這個實際，做好煤炭清潔高效利用的同時，發展可再生能源，推動煤炭和新能源優化組合，增加新能源消納能力。

隨著科學技術的發展和人類對環境保護的重視，新能源浪潮也正在重新塑造著電力工業，使得電力工業在可持續發展與安全環保領域謀求新的出路。作為近三十年間迅速發展并不斷成熟、具有大規模發展潛力的風能發電，在未來有可能成為化石燃料的重要替代能源。與化石燃料不同的是，風能是一種儲藏量很大的、清潔的、可再生的新型能源。利用這種清潔能源來進行發電，能夠使環境污染降至最低，也使人類的健康和地球上其他生命免受不良影響。

從陸地到海洋，風電推動能源轉型

太陽持續照射地球，向地球表面穩定地輸送光和熱。但是地球表面有陸地、海洋以及山川、森林、沙漠等各種地形，造成各處地形環境接受到的太陽光熱不均勻，引起大氣層中壓力的分布也不均勻，從而使空氣沿著水平方向運動，進而形成了強大的動能，這就是風能。風能的利用就是將流動空氣擁有的動能轉化為其他形式的能量。

科學家們曾估計，雖然到達地球的太陽能中只有大約2%轉化成風能，但是其總量仍然非常可觀。根據世界氣象組織估算，全球風能約為2.74×109兆瓦，其中可利用的風能為2×107兆瓦，它比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍，相當于10800億噸標準煤產生的能量。全世界每年燃燒煤炭獲得的能量，還不到風力在同一時間內提供給人類的能量的1%。可見，風能是非常豐富且重要的能源之一。合理利用風能，既可以減少環境污染，又可緩解能源短缺的壓力。

人類對風能的利用有著漫長的歷史，世界上最早利用風能的記載可以追溯到公元前的古埃及、古巴比倫和中國。公元前2世紀，古波斯人就利用垂直軸風車碾米;公元10世紀，伊斯蘭人用風車提水;11世紀，風車在中東已經獲得廣泛的應用;13世紀，風車傳至歐洲;14世紀，風車已成為歐洲不可缺少的原動機，其中荷蘭先將風車用于低濕地的汲水，后又用于榨油和鋸木。此后，由于蒸汽機的出現，歐洲風車數目才急劇下降。在中國，人們很早就學會了利用風力進行提水、灌溉、磨面、鋸木、舂米和推動船舶前進等。宋代更是中國應用風車的全盛時代，當時流行的垂直軸風車一直沿用至今。

雖然地球上的風能資源十分豐富，但是風能資源受地形的影響較大，世界風能資源多集中在開闊大陸的收縮地帶和沿海地區。我國風能資源豐富，可開發利用的風能儲量約10億千瓦。其中，陸地上風能儲量約2.53億千瓦（按陸地上離地10米高度資料計算），海上可開發和利用的風能儲量約7.5億千瓦，遠超可利用水能資源的3.78億千瓦。

與其他能源相比，風能發電對環境的影響小，無須使用燃料，也不會帶來空氣污染的問題;風電工程建設周期短，從開工到投產一般僅需兩年左右;風能是永久性的本地資源，資源豐富，運輸成本低，能保證長期穩定供應;風電對人力資源要求也簡單，有的風力發電機能持續工作數十年，而僅需少量人員進行維護及監控。很多專家認為，從技術成熟度及經濟可行性看，風能發電最具競爭力，它將成為新能源的主角。

沿海地區是全球陸上風資源最為豐富的區域，其主要特點是風速大、有效小時數長、分布范圍廣。隨著陸上風資源的大規模開發利用，海上風電更憑借風資源持續穩定、風速高、發電量大、不占用土地資源等以及海上風電靠近經濟發達地區，距離電力負荷中心近，風電并網和消納容易等優勢，越來越得到各國的青睞。我國沿海省份工業發達、耗電量大，但缺少傳統能源，電力供應始終難以完全滿足需求。因此，沿海各省市近年來競相發展海上風電，將風能發電確定為發展可替代能源的主要方向。

從全球到廣東，海上風電高速發展

海上風電是將海上風能轉換為電能的一種發電方式，利用海上風能發電的發電廠稱為海上風電場。中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司（以下簡稱“中國能建廣東院”）副總工程師、風能技術中心主任周冰介紹：“隨著海上風電場走向深遠海，采用柔性直流輸電方式進行海上送出的海上風電場將越來越多。采用柔性直流送出的海上風電場主要由海上風電機組、集電海纜、海上升壓站、海上換流站、高壓送出海纜和陸上換流站等幾部分組成。海上風電機組發出的電能通過集電海纜匯集接入海上升壓站，升壓后通過高壓送出海纜接入海上換流站變換為直流電能，通過高壓直流海纜送至陸上換流站后變換為交流電后接入電網。”

據了解，海上風電的發展起步于歐洲，世界上第一個海上風電場是丹麥Vindeby海上風電場，于1991年實現并網運行。至2000年底，全球僅有8個小型海上風電項目，2001年起，歐洲海上風電進入商業化示范性建設階段，尤其是近10年來，歐洲海上風電市場保持著高速增長。根據全球風能理事會（GWEC）的統計數據，2021年，全球海上風電新增并網量達到2110萬千瓦，創下歷史新高，全球海上風電累計裝機量達到5700萬千瓦，同比上漲了7%。

我國海上風電起步較晚，國內第一個海上風電場——上海東海大橋海上風電場于2005年啟動建設，2010年建成投產。從2016年開始，我國海上風電開始了高速發展。國家能源局的數據顯示，2021年全國新增海上風電裝機1690萬千瓦，累計裝機規模達到2638萬千瓦，躍居世界第一。

“廣東省海上風電起步于2009年，根據《國家能源局關于印發海上風電場工程規劃工作大綱的通知》，廣東省發展和改革委員會（以下簡稱“省發改委”）組織開展了廣東省海上風電場工程規劃編制工作。2012年8月，在省發改委的指導下，中國能建廣東院編制的《廣東省海上風電場工程規劃》獲取批復并正式印發，成為我國首個獲得國家能源局批準的省級海上風電規劃報告。2014年12月，國家能源局印發了《全國海上風電開發建設方案（2014—2016）》，方案包括了廣東省的珠海桂山、湛江外羅、陽江沙扒、陽江南鵬島等項目。”全國工程勘察設計大師、中國能建廣東院總經理彭雪平向筆者介紹說：“‘十三五’以來，廣東省奮起直追，有序推進海上風電開發，實現了跨越式發展。”

2018年4月，廣東省首個海上風電示范項目——珠海桂山一期海上風電場示范項目首批風機并網發電，實現了海上風電并網“零的突破”。截至2021年底，全省海上風電累計并網裝機容量約650萬千瓦，占全國的24.6%，位居全國第二。展望“十四五”，廣東省計劃新增海上風電裝機容量約1700萬千瓦，建成一批世界一流的海上風電基地，促進能源綠色轉型，推動實現“雙碳”目標。