向深向遠挺進　追風逐電大海

何亮

不久前，擁有完全自主知識產權的全新一代18兆瓦海上直驅風電機組下線，成為目前已下線的全球單機容量最大、葉輪直徑最大的海上直驅風電機組。而在2021年，海上風機最大單機容量還是16兆瓦。

值得注意的是，開啟海上風機“18兆瓦時代”的整機廠商不止一家。中國東方電氣集團有限公司、明陽智慧能源集團股份公司、中國船舶集團海裝風電股份有限公司等都在2023年公布了自主研制18兆瓦海上風機的消息。

將視野放至全球，中國海上風電迅猛發展的態勢更加明顯。《全球海上風電產業鏈發展報告》顯示，我國海上風電機組產能占全球市場的60%，發電機產能占全球市場的73%。我國已成為全球海上風電累計裝機規模最大的國家。那么，我國發展海上風能有何潛力？海上風能的開發有哪些技術路線？發展海上風能對于我國能源體系有何意義？帶著這些問題，筆者采訪了相關專家。

我國海上風能資源較為豐富

“與陸上風能資源相比，海上風能資源豐富、儲量大，可集中連片大規模開發。”長期從事風能研究的中國科學院力學研究所研究員楊曉雷告訴筆者，海上的風能資源稟賦好，風速大、功率密度高。此外，風電場的建設需要大量的空間場地。而海洋面積廣闊，沒有地表障礙物限制，可不斷向遠向深開拓。

我國海上風能資源較為豐富，發展海上風電有特別的優勢。楊曉雷介紹，一方面，我國近海和深遠海、離岸200千米以內且水深小于100米的海上風能可開發量巨大。另一方面，我國海上風電行業在制造、安裝等領域都具有較強國際競爭力。

不僅如此，相比于陸上風電機組發出的電能，海上風電機組發出的電能到達沿海等高能源需求地區的距離更短、成本更低，更適合大規模開發。福建、浙江、山東、江蘇、廣東等用電大省，正好都位于沿海地區。

我國海岸線綿長，大陸架面積大，島嶼眾多，海上風能資源技術開發潛力超過3500吉瓦。如今，我國新增海上風電規模已位居全球第一，成為全球最重要的海上風電市場之一。在國家政策的支持下，國內多家海上風電企業都開始發力“向大海要能源”。

“應從兩個方面認識海上風電的重要定位。”中國工程院院士、中國華能集團原董事長舒印彪說，“從戰略角度，海上風電對實現碳達峰碳中和目標具有重要意義；在科技層面，風電各產業鏈技術是國際必爭的制高點。”

海上風能開發有兩條技術路線

風電機組從陸地走向海洋并非易事。隨著離岸距離和區域位置的不同，自然環境變化非常復雜。在30多年的開發實踐中，海上風電產業逐步形成近海風能和深遠海風能開發兩條技術路線。

在上海東海大橋海域，高大的海上風機已經在這里迎風旋轉了近14年。“這是亞洲首座海上風電場，也是近海海域利用固定式基礎開發風能的典型代表。”楊曉雷告訴筆者。筆者了解到，固定式基礎是在水深較淺的海域，采用固定式的平臺結構，將海上風機固定在海上的方式。在近海海域，海床結構穩定，風、浪、流的聯合作用相對較小，采用固定式基礎技術難度小、建設成本低，是海上風能開發的首選方案。

而離岸60多海里、水深超70米的深遠海浪涌強勁，施工建設方無法將海上風機基礎牢固地直插入海底。在這種海域，施工建設方選擇用漂浮式基礎，將風機拖浮在海面上。

在我國南海，一臺高度超百米的海上風電機組屹立在三角結構的漂浮平臺上。遠遠望去，巨大的槳葉引人注目。這是全球首臺抗臺風型漂浮式海上風電機組——“三峽引領號”。它在2021年12月正式并網發電，標志著我國海上風電邁出了向深遠海獲取風能資源的步伐。

“與近海機組‘站立在海底不同，風電機組及漂浮式平臺通過錨系與海底鏈接，像不倒翁一樣漂在海面上。”楊曉雷說，“讓風機安全穩定地漂浮起來，需要綜合考慮葉片空氣動力學、風電機組控制、漂浮式平臺的結構設計、海洋環境等多種因素，極具難度。”

目前，歐洲仍然是深遠海域海上風電的先行者。歐洲市場已經完成建設漂浮式單立柱式風機20余臺，半潛式風機10余臺。多個海上風電強國也已在深遠海域進行布局。在我國，除了“三峽引領號”，中國海裝“扶搖號”、中國海油“海油觀瀾號”兩個漂浮式海上風電平臺也已并網發電。

積極推動第三代風能技術發展

由于具有運行效率高、輸電距離短、不占用土地、適宜大規模開發等特點，我國相關部委和沿海多省份出臺的能源規劃中，都將海上風電作為未來的重點發展方向。

國家發展改革委等九部門聯合印發的《“十四五”可再生能源發展規劃》提出，要有序推進海上風電基地建設，積極推動深遠海海上風電技術創新和示范應用，不斷推進深遠海海上風電降本增效，實現海上風電平價示范。

“發展海上風電對于我國能源體系具有重要意義。”楊曉雷告訴筆者，發展海上風電，可以幫助我國實現能源結構的多元化，減輕對化石能源的依賴，提高我國能源安全性和可靠性，帶動相關產業的發展，為經濟增長注入新動能。與此同時，海上風電符合可持續發展戰略的要求，能推動綠色低碳發展和生態文明建設。

但是，作為技術密集型的高技術產業，我國海上風電，特別是深遠海風電的開發仍然面臨諸多難題。比如，海上的惡劣條件會對設備和系統帶來較大挑戰。我國在海上風電的施工、運維等環節還存在一些不足。

楊曉雷認為，海上風能技術是風能技術前沿。他建議，要積極推動以場級控制為目標的第三代風能技術的發展，加快圍繞風能波動、間歇特性等相關理論、方法組織基礎研究，推進相關核心技術取得突破。同時，加強研發海上風電制氫、海水淡化等技術，促進海上風能的規模化綜合應用。

浩瀚海洋，風起電至。未來，中國的“大風車”將在更廣闊的海域安家落戶，繼續化海風為能源。