深遠(yuǎn)海域海上風(fēng)電發(fā)展分析與建議

文/董飛飛 陳海焱 張?zhí)忑?劉哲 余丹

近年來(lái)，在“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略與“雙碳”目標(biāo)的指引下，海上風(fēng)電發(fā)展按下“快進(jìn)鍵”。2021年，中國(guó)海上風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模躍居世界第一，實(shí)現(xiàn)了從萌芽伊始到迅速壯大、從零星試點(diǎn)到產(chǎn)業(yè)集群的跨越式發(fā)展。考慮資源潛力、消納能力、近海海域空間緊張等因素，深遠(yuǎn)海風(fēng)電將是未來(lái)海上風(fēng)電發(fā)展的重要方向。

一、海上風(fēng)電是未來(lái)我國(guó)可再生能源領(lǐng)域的重要發(fā)展方向

海上風(fēng)電相比于陸上風(fēng)電具有風(fēng)速更高、資源豐富、可利用小時(shí)數(shù)更多和不占用陸地面積等優(yōu)點(diǎn)。隨著相關(guān)技術(shù)和裝備的不斷成熟，沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)能源需求愈加迫切，海上風(fēng)電迎來(lái)了規(guī)模化發(fā)展的重大機(jī)遇。我國(guó)具有海岸線長(zhǎng)、可利用海域面積廣等發(fā)展海上風(fēng)電的天然優(yōu)勢(shì)，且海上風(fēng)電靠近東南沿海地區(qū)用電負(fù)荷側(cè)、就地消納方便，使其成為我國(guó)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要抓手。

當(dāng)前，全球海上風(fēng)電總體呈現(xiàn)“由小及大、由近及遠(yuǎn)、由淺入深”的發(fā)展趨勢(shì)，即單臺(tái)風(fēng)機(jī)額定容量逐步增大，已邁入15兆瓦時(shí)代；風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量和面積越來(lái)越大，規(guī)模化開(kāi)發(fā)趨勢(shì)明顯；風(fēng)電場(chǎng)離岸距離和水深不斷增加，分別超過(guò)100 千米和100米，深海化趨勢(shì)明顯；競(jìng)價(jià)上網(wǎng)成為海上風(fēng)電發(fā)展新模式，項(xiàng)目成本總體呈下降趨勢(shì)。

2022年1月29日，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)和國(guó)家能源局印發(fā)的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出，要積極推進(jìn)東南部沿海地區(qū)海上風(fēng)電集群化開(kāi)發(fā)，重點(diǎn)建設(shè)廣東、福建、浙江、江蘇、山東等海上風(fēng)電基地。此后，多個(gè)省（區(qū)、市）陸續(xù)出臺(tái)海上風(fēng)電“十四五”發(fā)展規(guī)劃，我國(guó)海上風(fēng)電將迎來(lái)新一輪發(fā)展熱潮。

二、深水遠(yuǎn)海是海上風(fēng)電未來(lái)發(fā)展的必然選擇

海上風(fēng)電的開(kāi)發(fā)區(qū)域由近及遠(yuǎn)可分為潮間帶、潮下帶灘涂、近海以及遠(yuǎn)海，一般認(rèn)為水深大于50 米的是深海風(fēng)電，場(chǎng)區(qū)中心離岸距離大于70千米為遠(yuǎn)海風(fēng)電。

近海海上風(fēng)電總體開(kāi)發(fā)潛力有限，且單體規(guī)模較小，易受航運(yùn)、漁業(yè)等因素影響。近年來(lái)，在海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，其他產(chǎn)業(yè)用海需求也不斷提高，同時(shí)海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)逐步增強(qiáng)，近海海上風(fēng)電資源的開(kāi)發(fā)已基本趨于飽和。

我國(guó)深遠(yuǎn)海域廣闊、風(fēng)能資源豐富，總量約10 億千瓦，相當(dāng)于近海風(fēng)資源的2 倍，風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)較高，開(kāi)發(fā)制約因素相對(duì)較少，發(fā)展?jié)摿薮蟆ｋS著我國(guó)近海資源開(kāi)發(fā)逐步飽和和深遠(yuǎn)海風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)步，同時(shí)借鑒歐洲海上風(fēng)電技術(shù)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，由近海走向遠(yuǎn)海、由淺海走向深海，是海上風(fēng)電未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

三、深遠(yuǎn)海域海上風(fēng)電發(fā)展存在的問(wèn)題

（一）勘查力度不夠，亟需整體規(guī)劃和頂層設(shè)計(jì)

我國(guó)海岸線長(zhǎng)，各地海洋或地質(zhì)環(huán)境差異大、開(kāi)發(fā)條件各異。目前我國(guó)對(duì)海上風(fēng)電資源缺乏詳盡的勘查，存在勘察平臺(tái)適應(yīng)能力有待提高、勘察設(shè)備落后、從業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)不足、勘察數(shù)據(jù)缺少第三方把關(guān)、費(fèi)用投入偏低等問(wèn)題，導(dǎo)致不能準(zhǔn)確掌握海上風(fēng)電的資源儲(chǔ)量、分布特性等。海上風(fēng)電和能源輸送通道的構(gòu)建缺乏整體規(guī)劃和頂層設(shè)計(jì)，與陸上主干電網(wǎng)的協(xié)同控制理論尚不完善，亟待采用統(tǒng)一規(guī)劃的理念指導(dǎo)海上風(fēng)電的規(guī)模化開(kāi)發(fā)和利用，推動(dòng)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)盡快從“各自為政、無(wú)序發(fā)展”向“宏觀統(tǒng)籌、快速有序”轉(zhuǎn)變。

（二）裝備研發(fā)能力和工程建設(shè)水平不足

深遠(yuǎn)海環(huán)境更加惡劣、復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)可靠性、設(shè)備安全性及設(shè)計(jì)、安裝、施工、運(yùn)維水平等提出了更高要求。目前，我國(guó)在超大型風(fēng)電機(jī)組、漂浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、遠(yuǎn)海風(fēng)電輸電、智慧運(yùn)維等方面還處于研發(fā)和示范階段；超長(zhǎng)柔性葉片設(shè)計(jì)和制造技術(shù)、大功率風(fēng)機(jī)主軸承、傳動(dòng)鏈試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備、高端運(yùn)維裝備等海上風(fēng)電關(guān)鍵環(huán)節(jié)自主化程度有待提升；柔性直流換流閥關(guān)鍵元部件、高壓直流海纜優(yōu)質(zhì)絕緣料等對(duì)外依存度較高；安裝船和運(yùn)維船的設(shè)計(jì)、建造以及人才隊(duì)伍的培養(yǎng)都落后于海上風(fēng)電整體發(fā)展步伐。同時(shí)，隨著我國(guó)海上運(yùn)力水平的提升，海上風(fēng)電的工程建設(shè)已逐步從粗放式建設(shè)轉(zhuǎn)變?yōu)榫珳?zhǔn)型和集約型建設(shè)，亟需提高工程建設(shè)水平和能力，以支撐和保障海上風(fēng)電的大規(guī)模開(kāi)發(fā)建設(shè)和順利發(fā)展。

（三）大容量并網(wǎng)送出技術(shù)仍存在瓶頸

經(jīng)濟(jì)高效地解決大規(guī)模海上風(fēng)電并網(wǎng)問(wèn)題是海上風(fēng)電發(fā)展面臨的核心挑戰(zhàn)之一。與近海風(fēng)電場(chǎng)相比，深遠(yuǎn)海域海上風(fēng)電的送出通道、并網(wǎng)方式面臨更為嚴(yán)苛的要求。雖然相關(guān)的基礎(chǔ)性、前瞻性研究已陸續(xù)展開(kāi)，但以柔性直流為代表的深遠(yuǎn)海大規(guī)模海上風(fēng)電并網(wǎng)送出技術(shù)在我國(guó)尚處于試驗(yàn)示范階段，仍有諸多關(guān)鍵技術(shù)難題有待解決。例如，由于海上平臺(tái)空間、承重嚴(yán)重受限，在緊湊化、輕型化上還需進(jìn)一步提升；直流海纜等核心設(shè)備絕緣水平達(dá)到研制瓶頸，對(duì)暫態(tài)過(guò)電壓抑制提出了更高要求；遠(yuǎn)海風(fēng)電柔直系統(tǒng)運(yùn)行工況多變、頻率耦合機(jī)理復(fù)雜，振蕩抑制面臨極大挑戰(zhàn)；海上設(shè)備維修窗口期不確定，設(shè)備故障易造成系統(tǒng)長(zhǎng)期停運(yùn)，控制保護(hù)技術(shù)有待進(jìn)一步提高。

（四）工程復(fù)雜度高、可到達(dá)性差導(dǎo)致運(yùn)行維護(hù)困難

海上風(fēng)電的跨越式發(fā)展和大規(guī)模開(kāi)發(fā)建設(shè)階段，對(duì)工程建設(shè)的質(zhì)量和效率提出了更高的要求。相較于陸上風(fēng)電，由于海底地理環(huán)境復(fù)雜，海面氣象條件多變，海上風(fēng)電工程涉及范圍廣、復(fù)雜度高，面臨建設(shè)條件惡劣、專業(yè)種類眾多、可到達(dá)性差、施工難度大、運(yùn)行維護(hù)困難等問(wèn)題，且隨著離岸距離和水深的增加，運(yùn)行維護(hù)的時(shí)間周期和成本會(huì)出現(xiàn)大幅度提升。此外，受臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣的影響，每年平均可施工運(yùn)維工作窗口期僅100 多天，安裝、施工、運(yùn)維等均面臨巨大壓力與挑戰(zhàn)，對(duì)機(jī)組的預(yù)防性維護(hù)提出更高要求。與此同時(shí)，海上風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模化發(fā)展致使海上風(fēng)電運(yùn)維需求出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，但國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電運(yùn)維裝備滯后于風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展，不能滿足快速性、安全性、穩(wěn)定性要求。

（五）全生命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系不完備

海上風(fēng)電作為當(dāng)前研究熱點(diǎn)，我國(guó)圍繞體系架構(gòu)、解決方案、項(xiàng)目管理、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等方面做了很多研究工作。然而，大多數(shù)研究只關(guān)注工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維中某個(gè)階段或局部性問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)能夠覆蓋海上風(fēng)電項(xiàng)目全壽命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的研究尚處于起步階段，其技術(shù)基礎(chǔ)（如數(shù)字孿生技術(shù)）尚不完善，還沒(méi)有完全形成符合我國(guó)海上風(fēng)電現(xiàn)狀的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)認(rèn)證體系，且相關(guān)的體制機(jī)制也有待進(jìn)一步完善。

（六）成本較高難以實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)

成本問(wèn)題一直是海上風(fēng)電的最大痛點(diǎn)，由于海上環(huán)境的特殊性，海上風(fēng)電的安裝、發(fā)電和運(yùn)行維護(hù)成本仍處于高位。且隨著離岸距離和水深的增加，輸電成本會(huì)因?yàn)楹＠|成本的提高而大幅增加，這也是目前我國(guó)深遠(yuǎn)海域海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)的主要挑戰(zhàn)之一。伴隨著海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的成熟，政策補(bǔ)貼逐漸退坡，成本問(wèn)題將更加凸顯。根據(jù)目前的成本測(cè)算，深遠(yuǎn)海域海上風(fēng)電短期內(nèi)還很難實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)。

（七）海洋資源綜合利用相關(guān)技術(shù)有待突破

我國(guó)海上風(fēng)能資源主要分布在東南沿海地區(qū)，當(dāng)?shù)睾Ｑ蠡顒?dòng)頻繁，用海需求多樣，海上風(fēng)電的用海需求與交通、海事、漁業(yè)、國(guó)防、環(huán)境保護(hù)等相互交織，可用于海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)及并網(wǎng)送出的通道資源趨于緊張。應(yīng)在統(tǒng)籌調(diào)配、充分利用通道資源的基礎(chǔ)上，將海上風(fēng)電與海洋牧場(chǎng)、海上油氣、海水淡化，氫能、儲(chǔ)能綜合開(kāi)發(fā)利用融合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)降本增效。但目前海洋資源綜合利用技術(shù)方面尚處于起步、探索階段，相關(guān)技術(shù)手段有待進(jìn)一步突破，安全可靠性也需加強(qiáng)論證。

四、深遠(yuǎn)海風(fēng)電的發(fā)展建議

（一）加大勘查評(píng)估力度，整體規(guī)劃統(tǒng)籌開(kāi)發(fā)

加大對(duì)海上風(fēng)電資源的勘測(cè)、評(píng)估力度，準(zhǔn)確掌握深遠(yuǎn)海風(fēng)電的資源儲(chǔ)量、分布情況，增強(qiáng)全國(guó)一盤(pán)棋意識(shí)，時(shí)刻緊繃安全弦，從源頭做好深遠(yuǎn)海域海上風(fēng)電的頂層設(shè)計(jì)、整體規(guī)劃與項(xiàng)目布局,加強(qiáng)海上風(fēng)電和電網(wǎng)規(guī)劃統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，統(tǒng)一調(diào)配輸電通道走廊資源，穩(wěn)步推進(jìn)集約化規(guī)模化開(kāi)發(fā)、集中式送出和高比例消納，完善深遠(yuǎn)海域海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)建設(shè)管理，合理安排建設(shè)時(shí)序，最大限度降低海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)對(duì)自然環(huán)境的影響，避免低效和重復(fù)投資。

（二）提升自主創(chuàng)新能力，完善規(guī)范統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

加強(qiáng)深遠(yuǎn)海域海上風(fēng)電領(lǐng)域的自主科技創(chuàng)新，針對(duì)關(guān)鍵與共性技術(shù)開(kāi)展集中攻關(guān)，大力推進(jìn)風(fēng)電機(jī)組大型化、定制化和智能化開(kāi)發(fā)，突破大功率齒輪箱和百米級(jí)葉片等“卡脖子”核心部件、核心技術(shù)，不斷提高裝備國(guó)產(chǎn)化率，加強(qiáng)以漂浮式風(fēng)電技術(shù)、柔性直流輸電等并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)為代表的深遠(yuǎn)海風(fēng)電前沿技術(shù)研發(fā)，注重高性能替代材料的研發(fā)與應(yīng)用，統(tǒng)籌陸上和海上工程裝備的專業(yè)化研發(fā)，推動(dòng)智能化控制與運(yùn)維技術(shù)發(fā)展。同時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步健全海上風(fēng)電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)認(rèn)證體系，加快海上風(fēng)電并網(wǎng)及各環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范研制，推動(dòng)國(guó)家級(jí)海上風(fēng)電檢測(cè)認(rèn)證基地建設(shè)。

（三）多措并舉降本增效，努力實(shí)現(xiàn)平價(jià)目標(biāo)

結(jié)合我國(guó)海上風(fēng)電的資源稟賦、發(fā)展環(huán)境、開(kāi)發(fā)模式和產(chǎn)業(yè)水平等各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)際情況,多措并舉不斷推進(jìn)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電降本增效。

通過(guò)新型大容量機(jī)組、專業(yè)化施工船舶和設(shè)備的應(yīng)用，研發(fā)、制造、運(yùn)維、檢測(cè)一體化發(fā)展，規(guī)模化連片開(kāi)發(fā)、集中送出等手段降低建設(shè)成本；利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、5G 等數(shù)字化、智能化手段，開(kāi)發(fā)適合我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展的產(chǎn)品和解決方案,提升產(chǎn)品的可靠性,進(jìn)而降低運(yùn)維成本；快速提升施工水平，降低施工安裝成本；做好海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)延鏈、強(qiáng)鏈、補(bǔ)鏈，降低全產(chǎn)業(yè)鏈成本。推動(dòng)我國(guó)海上風(fēng)電朝著開(kāi)發(fā)規(guī)模化、風(fēng)機(jī)大型化、機(jī)組定制化、離岸遠(yuǎn)海化、并網(wǎng)柔性化、方案系統(tǒng)化、運(yùn)維智能化的方向發(fā)展，早日實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)。

（四）數(shù)字化智能化應(yīng)用，提升建設(shè)運(yùn)維能力

在“雙碳”戰(zhàn)略和風(fēng)電平價(jià)背景下，風(fēng)電機(jī)組向大型化、輕量化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展，風(fēng)電行業(yè)的設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)維面臨更多挑戰(zhàn)。在工程全命周期管理中，數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為海上風(fēng)電持續(xù)高效發(fā)展的必經(jīng)之路。應(yīng)廣泛應(yīng)用自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化手段，研發(fā)運(yùn)維新技術(shù)，提高機(jī)組遠(yuǎn)程運(yùn)行監(jiān)測(cè)、故障預(yù)警與診斷水平，提升故障處理效率，縮短運(yùn)維時(shí)長(zhǎng)，并逐步通過(guò)集群化開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)“共享式”運(yùn)維，不斷提升海上風(fēng)電的總體建設(shè)運(yùn)維能力。

（五）綜合開(kāi)發(fā)利用資源，相關(guān)產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展

通過(guò)產(chǎn)業(yè)協(xié)同與多能互補(bǔ)，推動(dòng)深遠(yuǎn)海域海上風(fēng)電從單一品種發(fā)展向多品種融合發(fā)展轉(zhuǎn)變，將是海上風(fēng)電未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。搭建共享平臺(tái)，建立技術(shù)合作機(jī)制，打破條塊分割與行業(yè)壁壘，充分發(fā)揮全球領(lǐng)先的海上風(fēng)電技術(shù)及海洋能源整體解決方案優(yōu)勢(shì)，加速推動(dòng)海上風(fēng)電與海洋牧場(chǎng)、海上油氣、海水淡化，氫能、儲(chǔ)能綜合開(kāi)發(fā)利用融合發(fā)展，進(jìn)一步豐富產(chǎn)業(yè)集群，增強(qiáng)我國(guó)海上風(fēng)電全壽命周期綜合服務(wù)能力，提升項(xiàng)目整體效應(yīng)，提高海域利用效率，助推我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展。

（六）高度重視對(duì)外交流，積極參與國(guó)際合作

加強(qiáng)對(duì)外的行業(yè)性交流，借鑒英國(guó)、德國(guó)、丹麥等歐洲國(guó)家在海上風(fēng)電項(xiàng)目的競(jìng)爭(zhēng)性配置辦法與發(fā)展思路、開(kāi)發(fā)并網(wǎng)等方面的成熟經(jīng)驗(yàn)，著力于必要的技術(shù)和先進(jìn)的管理理念，探索適合我國(guó)國(guó)情的海上風(fēng)電高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展路徑，積極參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)與合作，推動(dòng)我國(guó)海上風(fēng)電技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、裝備一體化“走出去”,不斷提升國(guó)際話語(yǔ)權(quán)，共同促進(jìn)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。

五、結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命深入發(fā)展，能源電力系統(tǒng)的安全高效、綠色低碳轉(zhuǎn)型及數(shù)字化智能化技術(shù)創(chuàng)新已成為全球發(fā)展趨勢(shì)。海上風(fēng)電作為一種清潔能源，具有廣闊的市場(chǎng)前景和發(fā)展?jié)摿ΑｋS著海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)向深遠(yuǎn)海發(fā)展，部分關(guān)鍵核心技術(shù)裝備仍需進(jìn)一步突破，亟待加強(qiáng)科技創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，支撐海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。