構建海上風電綜合供給消納體系助力實現雙碳戰略目標

文/孫哲 王碩 蘇辛一 饒建業

2021 年我國海上風電新增裝機容量1690 萬千瓦，實現爆發式增長，累計裝機容量達到2639 萬千瓦，首次超過英國，躍居世界第一位。在我國持續推行綠色能源替代行動的背景下，依托海上豐富的風能資源，海上風電將在我國“雙碳”戰略實施中扮演日益重要的角色。當前，我國海上風電開發進入到從近海向深遠海邁進的跨越期，近海開發成本瀕臨平價的突破期，亟需厘清海上風電發展定位、優化海上風電發展模式、構建海上風電綜合供給消納體系。

一、海上風電在我國新型能源體系中的定位

黨的二十大報告明確指出要“深入推進能源革命，加強煤炭清潔高效利用，加大油氣資源勘探開發和增儲上產力度，加快規劃建設新型能源體系”。構建新型能源體系是黨中央在新時代中國特色社會主義新征程上對能源發展提出的新要求，為我國“雙碳”戰略下未來能源發展提供了根本遵循。海上風電作為我國新能源產業版圖重要組成部分，在我國新型能源體系中至少具備三個重要定位。

（一）發展海上風電是我國綠色低碳轉型的重要舉措

我國中東部地區土地資源稀缺，新能源開發受土地制約嚴重，中東部地區陸上新能源開發潛力有限。我國海上風能資源十分豐富，開發潛力巨大。預計到2060 年，我國海上風電開發規模將超過7 億千瓦，發電量將超過2 萬億千瓦時，占新能源發電量比重超過20%，海上風電將成為我國、尤其中東部地區綠色低碳轉型的重要支撐力量。

（二）發展海上風電是中東部地區能源保障的有力補充

中東部地區是我國電力負荷中心，隨著我國現代化建設進程深入推進，中東部地區電力需求仍將保持剛性增長。而我國中東部地區一次能源匱乏，電力供給保障長期高度依賴西部地區。海上風電距離負荷中心更近，能源開發輸送綜合效率更高，隨著海上風電開發成本降低，海上風電將成為中東部地區能源保障的有力補充。

（三）海上風電產業是我國現代產業體系的重要組成部分

海上風電產業涵蓋上游裝備制造、中游設計施工、下游運行維護各環節，相較于陸上風電，具有產業鏈條更長、技術含量更高、帶動能力更強等特點，是我國清潔能源產業的重要支撐。同時，海上風電可與海水制氫、海上交通、油氣開采等產業深度融合，是海洋產業發展的重要抓手，對于推動戰略性新興產業融合集群發展具有重要帶動作用。

二、海上風電發展趨勢判斷

在我國海上風電發展初期，海上風電多為近海、淺海項目，單體項目規模相對較小，開發條件相對便利，海上風電在國家可再生能源補貼支持下取得了快速發展。“雙碳”戰略提出后，隨著海上風電成本進一步下降，總體判斷，我國海上風電已邁入新的發展階段。

（一）開發范圍正在從近海向深遠海邁進

當前國內海上風電場多數集中于近海淺水區，近海深水區和深遠海開發處于起步階段。截至2022 年底，我國海上風電并網容量已達到3000 萬千瓦，未來幾年內，隨著全國近9000 萬千瓦近海風電項目的開發建設，近海風電資源將逐步開發完畢。我國深遠海資源豐富，技術可開發量巨大，但同時面臨著水深較深、嵌巖施工、造價更高、輸送更遠等問題。海上風電正加速從近淺海向深遠海邁進，近期廣東陽江、江蘇大豐等海上風電項目從漂浮式風電機組應用、大容量遠距離輸電等方面對深遠海海上風電開發進行探索。

（二）商業模式由國家補貼轉為市場導向

2022 年起，新增的海上風電項目不再納入中央財政補貼范圍，0.85 元/ 每千瓦時的上網電價成為歷史，轉為由各省份自行出臺補貼政策。廣東、山東率先出臺按項目容量一次性補貼政策，2022 年補貼標準分別為1500元/千瓦和800 元/千瓦；浙江省按照0.03 元～0.015 元/千瓦時標準開展度電補貼。省級補貼可降低項目投資成本，一定程度上延續行業增長態勢、推動技術進步與成本下降；但是“省補”力度遠低于“國補”，補貼程度逐年退坡，且近期海上風電項目中標價格也呈現大幅下降趨勢。因此，進入無“國補”時代后，海上風電降本增效需求更為迫切，商業模式由國家補貼開始轉為市場導向。

（三）送出消納由就近分散接入轉為大規模集中送出

早期海上風電普遍采用35千伏或220 千伏電壓等級接入電網，近期主要采用交流500 千伏輸電或直流±500 千伏輸送方式。江蘇如東海上風電場采用±400千伏柔直輸電方式，三峽陽江海上風電場采用±500 千伏柔直輸電方式。隨著風場規模的擴大及輸電距離提升，為克服交流輸電容量限制及遠距離充電功率問題，海上風電送出方式將逐步從高壓交流向柔性直流方向發展。

三、海上風電規模化發展面臨的突出問題

海上風電作為風資源開發利用的一種，與陸上風電一樣在出力特性方面具有隨機性、波動性、間歇性等不足。此外，由于特殊開發環境，海上風電在用海協調、施工建設、電力送出等諸多方面面臨更大挑戰。

（一）小規模分散開發方式造成國土空間資源協調利用難度加大

現有海上風電項目大多以本體經濟性優先為開發原則，呈現規模不大、集中度不強等特點，造成海底輸電走廊、登陸點資源搶占、不合理利用等無序發展問題。如江蘇省早期核準海上風電項目53 個，總規模1280 萬千瓦，單個項目平均約25 萬千瓦，若每個項目分散建設，則至少規劃53 條海底走廊，將大量占用海底資源，也容易與交通、海事、國防等方面的用海需求形成矛盾，使后續項目規劃建設更為困難。

（二）大容量遠距離海上電力送出面臨技術瓶頸

海上風電的規模化開發將對場站的組網匯集和大容量送出技術提出更高要求，風電場的組網方式、系統拓撲、變電設備、控制與保護等技術均需要突破現有技術瓶頸。目前單回500 千伏交流送出方式最大送電能力在100～120 萬千瓦，大規模集中送出面臨著送出回路多、距離受限等問題，柔性直流方式送出容量更大，但造價較高，技術尚未完全達到實用化程度。漂浮式風電設備、場站組網匯集和大容量送出技術面臨工程實用化檢驗。

（三）海上風電的安全可靠替代能力和電網適應消納能力亟待提升

當前海上風電大多分散就近接入電網，而大規模海風接入電網時，其出力的間歇性、波動性將對電網安全穩定運行造成影響，反調峰特性將加大對調節電源需求，風電場控制方式也將使系統暫態穩定分析更為復雜。因此，應科學系統地分析接網區域的支撐電源需求和消納范圍。同時，大規模的并網接入將對東部省份目前的電網形態和結構造成沖擊，江蘇、廣東等省份已經出現了由于網架結構、省內通道輸電能力、調峰能力等因素制約海上風電消納的問題。

（四）開發運維成本亟需通過技術創新和集約化開發方式大幅降低

從近海走向深遠海后，漂浮式風電裝備總體設計面臨海洋平臺與風電機組的跨界難題，開發成本大幅上升。此外，深遠海風電機組故障運維成本也為行業投資利潤帶來巨大挑戰。據行業普遍估算，海上風電運維成本占全生命周期度電成本的三分之一，故障處理可帶來每天上百萬出海施工費用。因此，需要平衡成本、性能、可靠性三個關鍵要素。從海上風電全生命周期來看，技術創新和大規模集約化發展是海風平價的主要驅動力。大兆瓦海上風電機組的投用雖然會帶來安裝施工成本上升，但也會攤薄度電成本，提升產業規模效應。

（五）海上風電綜合效益尚未充分挖掘

海上風電是海洋產業重要組成部分，是海上能源開發的主要方式之一。但目前海上風電開發主要以“發電上網”模式為主，基本處于電能利用階段，開發利用模式單一，較少涉及海上能源綜合開發利用，尚未與其他海洋產業形成有效聯合互動，海上風電綜合一體化開發模式尚未形成。

四、構建海上風電綜合供給消納體系

為破解現階段海上風電發展面臨的諸多挑戰，有必要革新海上風電發展理念，創新海上風電發展方式，為此，我們提出“三位一體、海陸協同”“產能融合、電氫耦合”兩種海上風電主要開發模式，積極構建海上風電綜合供給消納體系。

一是“三位一體、海陸協同”發展模式。“三位一體、海陸協同”模式以滿足中東部負荷中心為對象，以海上風電為主體，以沿海火電、多時間尺度儲能等調節電源為支撐，以超高壓、特高壓輸電通道為載體，按照源網荷統籌規劃、海陸電源協同運行思路，將海上風電供給消納范圍進一步拓展至包括中部地區在內的更廣區域，在滿足中東部地區電力電量雙重需求的同時，實現海上風電規模化開發和高水平消納。二是“產能融合、電氫耦合”發展模式。海洋產業包括海上風電以及海上油氣開采、海上交通、海水制氫等多類用能產業。傳統方式下海上能源供給和消費是不聯通的，海洋產業發展是割裂的。“產能融合、電氫耦合”模式的總體思路是依托海上清潔能源開發，充分挖掘海上負荷潛力，堅持電力外送和海上就地利用并舉。其中核心在于“融合”，“融合”體現在以電氫為紐帶的產業銜接，體現在海上能源供需靈活互動，也體現在包括油氣通道等基礎設施的復合利用。通過打造綠電生產、氫能制備、油氣儲輸于一體的海洋清潔能源產業圈，滿足沿海地區、海上負荷多元用能需求，實現海上風電規模化、高質量發展。

為實現“三位一體、海陸協同”“產能融合、電氫耦合”，未來還需統籌風能資源、海底輸電走廊、陸上調節性電源等因素，加快構建以科技創新為核心、以科學統籌規劃為引領、以綜合能源輸送體系為依托、以清潔煤電儲能為支撐的海上風電綜合供給消納體系。

以科技創新為核心，加快推進深遠海風電技術創新和示范工程建設。提高全產業鏈裝備技術水平，全面提高風電整體制造，海纜、塔筒、基礎等配套裝備，吊裝施工船舶等設備技術水平。形成完備的國產化產業鏈條，支撐千萬千瓦規模海上風電增量開發。充分發揮新能源開發企業在技術創新中的主體作用，協同攻關關鍵核心技術和“卡脖子”難題。重點開展50 公里以外海域風資源開發、10 兆瓦以上超大型海上風機制造、大容量、緊湊型遠海風電柔直送出技術，風電機組與風電場數字化智能化技術。

以科學統籌規劃為引領，合理配置海洋資源、輸電走廊和登陸點等資源要素，實現海上海下資源最優化利用。海上風電是典型陸域、海域均覆蓋的用海產業，不僅要考慮本體經濟性，更應合理利用海上、海下資源，統籌規劃陸域、海域資源。一是要建立深遠海域風資源高精度數據集，形成50 公里以外海域風能資源圖譜；二是實現海域資源高效利用，相鄰海上風電基地共享輸電路徑、電纜通道、岸線資源及登陸點資源等；三是提升單位面積海域發電效率，最大化區域能源保障、海洋開發、國防安全、領海保護等多重效益。

以綜合能源輸送體系為依托，打造以近海交流、深遠海直流輸電為主、多種能源多元化輸送為輔的綜合能源輸送體系。安全可靠的電能輸送方式是海上風電向深遠海規模化發展的載體。當前海上風電送出多為離岸50 公里左右區域的交流輸電工程，為克服交流輸電容量限制及遠距離充電功率問題，海上風電將形成近海交流輸電、深遠海柔性直流輸電相結合的主要送電模式。此外，柔性低頻輸電等先進輸電技術已進入工程示范階段，多端柔直、低頻輸電、新型組網技術等示范工程將逐步走向商業化應用。隨著海上風電綜合開發應用，將形成電力輸送與氫能、油氣輸送相結合、以運輸電池代替電力輸送等多元化電能輸送模式，為深遠海風電提供了更加經濟高效的輸送手段。

以清潔煤電儲能為支撐，為海上風電安全可靠接網、高水平消納提供支撐電源體系。沿海省份煤電裝機達到3.99 億千瓦，占全國煤電裝機比例達到35.9%；抽水蓄能電站容量2286萬千瓦，占全國抽水蓄能比例達到55%，可以為海上風電提供充足的靈活性調節資源。為保障海上風電高水平消納利用，一是將靈活性調節資源與海上風電同步規劃建設、合理配置；二是加大力度開展火電深調改造工程，緩解海上風電大規模接入壓力；三是依托現有輸電通道，開展海上風電與陸上風光火核等多種電能打捆送出，多措并舉提升海上風電消納利用水平。

五、結束語

海上風電是我國貫徹落實“雙碳”戰略的重要支撐力量，在我國新型能源體系中將扮演日益重要的角色。當前，我國海上風電產業在取得重大成就的同時逐漸暴露出種種問題，這是任何一個新興產業發展壯大的必經階段。面對機遇、面對挑戰，我們必須堅持問題導向、堅持系統思維、堅持全局意識，在新型能源體系總體框架下謀劃海上風電發展路徑，在海洋經濟發展戰略中統籌海上風電總體布局，強化頂層設計，加強技術創新，推動跨界融合，加快構建海上風電綜合供給消納體系。