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向深向遠挺進 追風逐電大海

2024-02-26 08:45:36 科技日報   作者: 何亮  


圖為三峽集團海上風電機組。三峽集團供圖

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,記者采訪了相關專家。

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記者,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。”楊曉雷告訴記者。記者了解到,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。”楊曉雷告訴記者,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。




責任編輯: 李穎

標簽:三峽集團, 海上風電機組