當(dāng)前位置
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福建平潭，蔚藍(lán)色的海上風(fēng)電場(chǎng)，直徑252米的白色葉輪隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)，掃過(guò)約7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)的面積，風(fēng)機(jī)把動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)海底電纜輸送至陸上。
這樣一臺(tái)機(jī)組，平均每年可輸出超6300萬(wàn)千瓦時(shí)的清潔能源，可以為3.6萬(wàn)戶三口之家提供全年的生活用電。10臺(tái)，就足夠維持一個(gè)百萬(wàn)人口城市的居民生活用電。
這是全球首臺(tái)16兆瓦超大容量海上風(fēng)電機(jī)組，也是中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)有限公司（下稱(chēng)“三峽集團(tuán)”）牽頭的“海上風(fēng)電安全高效開(kāi)發(fā)成套技術(shù)和裝備及產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目的具象。2024年6月24日，《海上風(fēng)電安全高效開(kāi)發(fā)成套技術(shù)和裝備及產(chǎn)業(yè)化》獲得2023年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
這是一個(gè)多年積累的成果。面對(duì)復(fù)雜多變的海洋環(huán)境，三峽集團(tuán)在海上風(fēng)電設(shè)計(jì)建造中，持續(xù)優(yōu)化電力系統(tǒng)基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)，解決了深厚軟土地質(zhì)、淺覆蓋地質(zhì)、極端風(fēng)速、深遠(yuǎn)海域、超大荷載等技術(shù)難題，并利用數(shù)字化技術(shù)完善設(shè)備運(yùn)行。
三峽能源（600905.SH）作為三峽集團(tuán)新能源業(yè)務(wù)的戰(zhàn)略實(shí)施主體，將“海上風(fēng)電引領(lǐng)者”戰(zhàn)略融入到企業(yè)發(fā)展中，貫通全價(jià)值鏈各環(huán)節(jié)。截至2024年上半年，三峽能源風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到1962.46萬(wàn)千瓦；其中海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量為568.64萬(wàn)千瓦，占全國(guó)市場(chǎng)份額的14.9%。
從2010年亞洲第一座大型海上風(fēng)電場(chǎng)——上海東海大橋風(fēng)電場(chǎng)，到2016年江蘇響水海上風(fēng)電實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，再到2021年并網(wǎng)發(fā)電的廣東陽(yáng)江百萬(wàn)千瓦級(jí)海上風(fēng)電場(chǎng)，三峽集團(tuán)參與并見(jiàn)證了中國(guó)海上風(fēng)電走過(guò)“從0到1”的進(jìn)程，風(fēng)機(jī)由小變大，風(fēng)場(chǎng)由近到遠(yuǎn)，躋身全球海上風(fēng)電第一梯隊(duì)。
從零開(kāi)始
海上風(fēng)電是全球可再生能源發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，發(fā)電系統(tǒng)主要包括葉片、風(fēng)機(jī)、塔筒、基礎(chǔ)等部分；海上風(fēng)電場(chǎng)則是由若干臺(tái)風(fēng)機(jī)和海上變電站（升壓站或換流站）組合而成。
1991年，丹麥建成全球第一座海上風(fēng)電場(chǎng)——文德比海上風(fēng)電場(chǎng)（Vindeby），之后荷蘭、英國(guó)、德國(guó)等國(guó)陸續(xù)跟進(jìn)，拉開(kāi)了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的序幕。不過(guò)，由于建造成本高、運(yùn)維復(fù)雜，早期海上風(fēng)電發(fā)展速度緩慢。
進(jìn)入21世紀(jì)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，多國(guó)將海上風(fēng)電作為風(fēng)電發(fā)展的主要方向。這一時(shí)期，中國(guó)的能源需求持續(xù)增加，海上風(fēng)電開(kāi)始起步，主要在灘涂、近海等區(qū)域，以小容量、小規(guī)模的示范性項(xiàng)目為主。
2010年，三峽上海院承擔(dān)勘測(cè)設(shè)計(jì)的亞洲首座大型海上風(fēng)電場(chǎng)——位于上海的東海大橋海上風(fēng)電一期項(xiàng)目并網(wǎng)，邁出了海上風(fēng)電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的第一步。
三峽上海院首創(chuàng)高樁承臺(tái)基礎(chǔ)，將8根八十多米長(zhǎng)、直徑1.7米粗的鋼管打入海底，然后在鋼管頂部澆筑直徑達(dá)14米的混凝土承臺(tái)，進(jìn)而將風(fēng)電機(jī)組整體起吊至承臺(tái)完成安裝，解決了高聳風(fēng)機(jī)引起的樁基抗拔大、基礎(chǔ)水平變形大等難題。
如果說(shuō)東海大橋項(xiàng)目是中國(guó)海上風(fēng)電自主研發(fā)的起步，那么三峽集團(tuán)江蘇響水項(xiàng)目則帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)步入商業(yè)化。
2015年，江蘇響水項(xiàng)目建設(shè)時(shí)面臨海纜造價(jià)高昂等問(wèn)題。當(dāng)時(shí)歐洲和日本的海纜報(bào)價(jià)上億，而國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟的國(guó)產(chǎn)化替代方案。三峽能源副總經(jīng)理呂鵬遠(yuǎn)介紹，“盡管?chē)?guó)產(chǎn)設(shè)備可以顯著降低成本，但當(dāng)時(shí)在技術(shù)和可靠性方面尚未得到驗(yàn)證。”
經(jīng)過(guò)反復(fù)權(quán)衡和廣泛調(diào)研，三峽能源通過(guò)公開(kāi)招標(biāo)，選擇與中天科技、東方電纜等公司達(dá)成合作，并在整個(gè)制造過(guò)程中深度參與參數(shù)設(shè)定等工作。同時(shí)，三峽能源還邀請(qǐng)業(yè)內(nèi)海纜專(zhuān)家進(jìn)行全程監(jiān)造，確保每一個(gè)環(huán)節(jié)都達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)。
最終，國(guó)產(chǎn)海纜在成本和質(zhì)量上均表現(xiàn)出色，運(yùn)行效果理想，不僅實(shí)現(xiàn)了海纜的全面國(guó)產(chǎn)化，而且提升了整體的制造工藝。
同一年，在福建興化灣項(xiàng)目中，三峽集團(tuán)引進(jìn)金風(fēng)科技、明陽(yáng)智能、東方風(fēng)電、上海電氣、GE等國(guó)內(nèi)外8家風(fēng)機(jī)廠商同臺(tái)競(jìng)技，興化灣成為5兆瓦以上大功率樣機(jī)試驗(yàn)風(fēng)場(chǎng)，開(kāi)啟了海上風(fēng)電機(jī)組大型化之路。
伴隨中國(guó)制造在海上風(fēng)電相關(guān)產(chǎn)品、設(shè)備的進(jìn)步，加上政府對(duì)產(chǎn)業(yè)的政策支持，中國(guó)海上風(fēng)電的裝機(jī)量持續(xù)增長(zhǎng)。
根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)（GWEC）統(tǒng)計(jì)，2023年，中國(guó)海上風(fēng)電新增裝機(jī)量達(dá)到6.3吉瓦，自2018年起連續(xù)六年領(lǐng)跑全球，約占全球新增裝機(jī)量的58%。截至2023年底，中國(guó)海上風(fēng)電裝機(jī)總量達(dá)到38吉瓦，高出歐洲市場(chǎng)11%。
創(chuàng)新源自挑戰(zhàn)
比起陸上發(fā)電，海上風(fēng)能具有運(yùn)行效率高、輸電距離短、占用土地少等特點(diǎn)，適宜規(guī)?；_(kāi)發(fā)。但同時(shí)，海上風(fēng)電的技術(shù)難度也更高。淺覆蓋地基、臺(tái)風(fēng)頻發(fā)……海洋特有的氣候和環(huán)境，給項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、施工建設(shè)、運(yùn)維檢修都帶來(lái)困難和挑戰(zhàn)。
“海上風(fēng)電需要從業(yè)者‘與海博弈’。每一次產(chǎn)品升級(jí)，設(shè)計(jì)和建造人員都要付出更高數(shù)量級(jí)的努力?！眳矽i遠(yuǎn)表示。
具體來(lái)看，海上風(fēng)電的主要支撐結(jié)構(gòu)是塔筒和風(fēng)電機(jī)組，要將塔筒穩(wěn)定地“安插”在海床上并不簡(jiǎn)單。不同于歐洲的沙土地質(zhì)，中國(guó)海上風(fēng)電項(xiàng)目主要是軟土或者巖石地基，沒(méi)有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)，需要自主探索穩(wěn)定可靠的支撐方式。
在福建興化灣項(xiàng)目中，三峽集團(tuán)基于高樁承臺(tái)基礎(chǔ)，將鋼管樁直徑增大，減少鋼樁數(shù)量，以降低嵌巖難度和縮短施工周期，樁頂通過(guò)混凝土承臺(tái)連到一起，提高了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
更具代表性的案例來(lái)自2021年并網(wǎng)發(fā)電的廣東陽(yáng)江沙扒項(xiàng)目。這是全國(guó)首個(gè)百萬(wàn)千瓦級(jí)海上風(fēng)電場(chǎng)，針對(duì)不同地質(zhì)采用了高樁承臺(tái)基礎(chǔ)、導(dǎo)管架樁基礎(chǔ)、單樁基礎(chǔ)、吸力筒基礎(chǔ)和漂浮式基礎(chǔ)等8種風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)型式，被譽(yù)為“海上風(fēng)電基礎(chǔ)博物館”。
“安插”過(guò)程的另一大挑戰(zhàn)在于設(shè)備運(yùn)輸。江蘇響水項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，由于當(dāng)時(shí)船機(jī)設(shè)備不夠先進(jìn)，風(fēng)機(jī)整體吊裝方案通常需要先在岸邊組裝好，再輸送到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝，過(guò)程繁復(fù)且成本較高。
為此，三峽能源團(tuán)隊(duì)聯(lián)合施工單位以及多所科研院校，共同研發(fā)出了一套減震系統(tǒng)，滿足設(shè)備廠商吊裝“震動(dòng)沖擊加速度不超過(guò)0.2G”要求，在海上浮臺(tái)吊裝和運(yùn)輸時(shí)有效減少了風(fēng)機(jī)振動(dòng)的頻率，從而保護(hù)風(fēng)機(jī)設(shè)備和機(jī)艙中的電氣設(shè)備。
“團(tuán)隊(duì)基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際效果，最終實(shí)現(xiàn)了海上風(fēng)機(jī)整體吊裝，過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)任何因振動(dòng)導(dǎo)致的設(shè)備損壞?！眳矽i遠(yuǎn)指出，江蘇響水案例推動(dòng)傳統(tǒng)水工裝備向?qū)Ｓ醚b備系統(tǒng)化轉(zhuǎn)變，帶動(dòng)國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電建造不斷取得突破。
項(xiàng)目完工后，風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行期間還要面臨臺(tái)風(fēng)、極端海況、地震等影響，特別是南海海域，極端風(fēng)速時(shí)常高達(dá)50米/秒，瞬時(shí)風(fēng)速則不止如此。
三峽上海院海洋工程事業(yè)部副主任、總工程師黃俊向南方周末研究員介紹，過(guò)去臺(tái)風(fēng)來(lái)襲，海上風(fēng)電機(jī)組基本是“硬抗”，而現(xiàn)在機(jī)組設(shè)計(jì)提升了臺(tái)風(fēng)控制策略，通過(guò)變槳、偏航等方式來(lái)降低臺(tái)風(fēng)的作用力。目前，團(tuán)隊(duì)還通過(guò)建立數(shù)字孿生模型，對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，提高項(xiàng)目的運(yùn)維效率、降低相關(guān)成本。
從近海走向深遠(yuǎn)海
在中國(guó)長(zhǎng)達(dá)1.8萬(wàn)千米的海岸線沿岸，近海風(fēng)能資源的利用正在接近飽和。走向深遠(yuǎn)海，成為海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)下一步的發(fā)展方向。
中國(guó)《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》也明確提到，開(kāi)展深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電規(guī)劃，完善深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)建設(shè)管理，積極推進(jìn)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電降本增效。
在深遠(yuǎn)海區(qū)域，風(fēng)能資源可開(kāi)發(fā)量約為近海的3-4倍。與之對(duì)應(yīng)，風(fēng)機(jī)大型化、漂浮式技術(shù)、風(fēng)場(chǎng)規(guī)模化，都是未來(lái)發(fā)力的重心。
一般來(lái)說(shuō)，在風(fēng)力足夠的情況下，海上風(fēng)電風(fēng)機(jī)越大，發(fā)電效率越高，也越能降低單機(jī)成本。在風(fēng)速比近海高出約20%的深遠(yuǎn)海區(qū)域，為了更好地捕獲風(fēng)能、降低遠(yuǎn)海開(kāi)發(fā)成本并滿足收益率，大風(fēng)機(jī)勢(shì)在必行。
這也是全球趨勢(shì)——從單機(jī)容量2兆瓦到9.5兆瓦，行業(yè)用了20年時(shí)間（2000-2020年）；從9.5兆瓦到18兆瓦，則僅用了3年時(shí)間（2020-2023年）。
如今，中國(guó)海上風(fēng)電已經(jīng)進(jìn)入20兆瓦時(shí)代，并不斷刷新產(chǎn)業(yè)紀(jì)錄。2024年10月12日，全球最大的26兆瓦級(jí)海上風(fēng)電發(fā)電機(jī)組在福建福清海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園下線。
隨著離岸距離越來(lái)越遠(yuǎn)，水深越來(lái)越深，海上風(fēng)電設(shè)備也要相應(yīng)調(diào)整。呂鵬遠(yuǎn)指出，在深遠(yuǎn)海，傳統(tǒng)固定式基礎(chǔ)不僅成本過(guò)高，而且結(jié)構(gòu)的安全性也存在風(fēng)險(xiǎn)；漂浮式基礎(chǔ)用錨將風(fēng)機(jī)連接海床，力爭(zhēng)做到“不倒不沉、不走不破”。
例如位于廣東陽(yáng)江的“三峽引領(lǐng)號(hào)”機(jī)組，采用了3根立柱，立柱下方共有9根系泊纜將其拖住，可抵抗最大風(fēng)速超70米/秒的17級(jí)臺(tái)風(fēng)。
2022年7月，臺(tái)風(fēng)“暹芭”登陸南海，強(qiáng)度達(dá)到12級(jí)，風(fēng)速每秒37米。在“暹芭”正面襲擊下，“三峽引領(lǐng)號(hào)”的風(fēng)機(jī)機(jī)組、浮體和系泊系統(tǒng)都運(yùn)行良好，印證了漂浮式風(fēng)電機(jī)組的安全性能。
經(jīng)歷了從項(xiàng)目補(bǔ)貼、電費(fèi)補(bǔ)貼到平價(jià)并網(wǎng)，中國(guó)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)也在不斷推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步、成本降低。呂鵬遠(yuǎn)認(rèn)為，在設(shè)備創(chuàng)新的同時(shí)，風(fēng)場(chǎng)規(guī)?；_(kāi)發(fā)可以攤薄成本，是海上風(fēng)電平價(jià)時(shí)代的有效路徑。
2024年11月16日，2024海上風(fēng)電現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈共鏈行動(dòng)大會(huì)披露的數(shù)據(jù)顯示，截至2024年第三季度，中國(guó)海上風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)容量達(dá)3910萬(wàn)千瓦，超過(guò)第2至5名的國(guó)家并網(wǎng)容量總和。到2024年年底，中國(guó)海上風(fēng)電裝機(jī)容量有望突破4500萬(wàn)千瓦，將連續(xù)四年位居全球首位。
在大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、中國(guó)工程院院士舒印彪指出，要加強(qiáng)大容量機(jī)組漂浮式風(fēng)機(jī)、柔性直流、潮汐能等的利用，深化產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展，海上風(fēng)電共鏈企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、互利合作，攜手共建海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。
伴隨海上風(fēng)電規(guī)模增長(zhǎng)、繼續(xù)向深遠(yuǎn)海推進(jìn)，建設(shè)挑戰(zhàn)也相應(yīng)加大，促使企業(yè)之間加強(qiáng)合作，共同推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)已經(jīng)成為業(yè)界共識(shí)。
各方攜手，中國(guó)海上風(fēng)電將一路向前。
