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向海争风,海上风电开发迈向深蓝
见道网 2022-06-21 09:40
  • 中国海上风电资源丰富,同时具有运行效率高、不占用土地、适宜大规模开发等特点,海上风电将成为中国大力发展可再生能源的必然选择
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“日月之行,若出其中;星汉灿烂,若出其里。”古人对于大海持久不息的动力,不畏一切的力量惊叹不已!大海变幻莫测的力量能否为我们所用呢?

2022年6月7日,碧海蓝天下,白色的风机高高耸立,巨大的桨叶悠悠转动,将广阔大海的阵阵海风化为社会经济发展的新动能。这里是位于广东省阳江市沙扒镇海域的中国首个百万千瓦级海上风电项目——三峡阳江沙扒海上风电项目。截至目前,该项目生产电能突破10亿千瓦时,可替代标准煤30.76万吨,相当于50万个三口之家一年的正常用电量。

风能是“免费”的,也是源源不断的,它提供的能源能让我们减少对化石燃料的依赖。近年来,在全球绿色浪潮与“双碳”目标的双重驱动下,中国海上风电“蓝色引擎”动力十足。2021年,中国海上风电装机规模跃居世界第一,形成了完整的具有领先水平和全球竞争力的风电产业链与供应链。正如国家能源局新能源和可再生能源司司长李创军所说:“中国海上风电实现了从小到大、从弱到强、从发展缓慢到跨越式发展的重大突破。”随着海上风电场在全球范围内的激增和容量的增加,一个更加可持续的未来清晰可见。

海上风电成必答题

人类对风能的利用已有数千年的历史。在距今三千多年前就出现了利用风帆推动的船只。十二世纪前后欧洲出现了大型的塔式风车,到了十六世纪这种大型风车在荷兰被大量应用于低地的排水工程,彻底改变了荷兰的地貌,标志着人类已经初步掌握风能的使用方法。

上世纪七八十年代,人类逐渐认识到环境保护对未来的意义,有人提出了利用海上风力发电的设想,全面的科学研究和实践应用到上个世纪末开始真正地全面展开。1991年,世界上第一个真正意义 上的海上风电场——丹麦Vineby海上风场正式投运,迄今海上风电已有约30年历史。

风电作为最有代表性的可再生能源之一,在净零排放的背景下迎来了巨大发展机遇。国际能源署和国际可再生能源机构都表示,要实现净零排放,到2050年风能和太阳能、光伏发电将提供约70%的发电量。未来这几种技术将大幅扩大规模以实现所需的深度减排。

海上风电作为风电的重要组成部分,主要是指近海风电。与陆地风电相比,它具有稳定性强、风速大、发电效率高、不占用土地、可以忽略噪声和视觉影响等优点。从现在到2050年,海上风电将成为全球脱碳的核心,从基础设施及灵活性等方面改变电力系统,并提升氢气等绿色燃料的产量。

面对前所未有的环境危机,世界对能源系统变革有着强烈的共识,各国对海上风电产业的发展高度重视。目前,欧洲、亚洲、北美洲等地区的主要国家均已出台海上风电发展规划及相关政策。其中,英国、德国、法国、荷兰等欧洲国家延续历史风电利好政策,均部署了到2030年的数十吉瓦量级装机规划;美国新政府也提高了对海上风电部署的战略关注度,计划未来在五大领域重点发力,以实现2030年累计装机达到30吉瓦的目标;在亚洲,过去海上风电的发展主要由中国驱动,而韩国、日本、越南近年来也加快了布局,到2030年装机规划合计超25吉瓦。此外,巴西、澳大利亚等国近期也在出台推动海上风电发展的政策措施。

中国海油研究总院新能源电气工程师车久玮表示,海上浮式风电和深远海上风电对油气公司的吸引力,主要在于其传统的油气浮式平台技术和装备可以最大程度地转化到海上风电项目的建设中,特别是海洋工程、深水开发和钻井技术,这使得在未来碳税和能源转型背景下盈利压力较大的深水油气行业有了一条切实可行的转型之路。

随着各国政策推动,海上风电产业规模快速发展。根据全球风能理事会发布的《全球风能报告2022》,2021年全球海上风电新增装机21.1吉瓦,创造了历史最好成绩。

虽然当前海上风电在全球电力装机总量中占比不到0.5%,但海上风电产业具有强大的发展潜力。全球拥有丰富的海上风能资源,世界银行数据表明,全球可用的海上风电资源潜力超过71000吉瓦。根据GWEC预测,亚洲将成为世界上最重要的海上风电地区,到2050年将拥有近40%的安装量,其次是欧洲32%、北美18%、拉丁美洲6%、太平洋地区4%以及非洲和中东2%。

全球海上风电多点开花产能跃升

风从海上来,发力正当时。当前,从全球范围看,海上风电的布局主要分布在欧洲、亚洲及北美洲。其中,中国、英国、欧盟、韩国、越南、美国等国家和地区的海上风电技术及产业发展水平处于世界前列。由于海上风能资源及技术基础的差异,各国的海上风电技术发展水平、装机容量以及上网电价不尽相同。

在黄海南部海域,离岸超80千米的江苏大丰海上风电项目,将风电源源不断送上岸并入网。这是中国距离陆地最远的海上风电项目,所应用海缆长度达到86.6千米。

近20年来,中国清洁能源进入“风光”时代,海上风电也开始发展。三峡集团党组书记、董事长雷鸣山表示,陆上的水能资源是有限的,海上的风能却无比丰富,海上风电也是最优质的风电资源。据了解,中国5—50米水深、70米高度的海上风电,预计可开发资源达到5亿千瓦。

中国拥有约300万平方公里的主张管辖海域,其中海上可开发和利用的风能储量达到7.5 亿千瓦,依托于丰富的海洋风能资源,加快海上风电的建设和发展,对促进能源结构调整具有重要的意义。进入新时代,中国全面激发了全海域海上风电开发浪潮,大力拓展风电开发范围和规模,从2018年步入发展快车道至今,海上风电正在为国家能源转型赋予新动能。

中国海上风能资源区域分布上成“南高北低”的特点,海上风电产业链主要分布在广东、江苏、福建等区域。据统计,2021年1—9月,海上风电新增并网419.88万千瓦,累计并网容量1318.68万千瓦,装机规模逐步增大。随着技术更迭与海上风电稳步发展,中国海上风电产业链将进一步高附加值制造攀升、提高本地化率,逐步形成年400—500万千瓦新增规模的成熟产业体系。

“2021年,中国超越英国成为世界最大海上风电装机大国,根据国家能源局下发的相关政策预估,未来中国每年新增的风电装机容量将接近或达到5000万千瓦。在‘十四五’期间,新能源装机容量会超越水电,成为中国的电力增量主体,总而言之,海上风电的发展潜力是非常大的。”中国船级社海洋工程技术中心副主任李红涛博士给出一个预测。

各方面数据显示,海上风电发展为海洋资源开发提供动力和平台,为产业融合发展提供依托,大大拓展了可再生能源的经济外延。据世界银行信息统计,全球115个沿海国家或地区的海上风电技术开发潜力达710亿千瓦,年理论发电量达213万亿度,只需开发其中11%,即可满足全世界的电力需求。“海上风电的规划和发展是相对完善的,它的技术成熟度和工程可实现化也是走在绿色能源技术开发前列的。”李红涛说。

风电势必走向深海

目前,世界上建成的海上风电场绝大多数为近海风电场。未来,海上风电势必会向深远海发展。深远海范围更广、风能资源更丰富、风速更稳定,且不会与海上渔场、航线等发生冲突,发展海上风电具有得天独厚的优势。

中国农机协会风能设备分会的专家介绍说,深远海风电通常水深超过50米,在这样的海域,以固定打钻、浅滩着床的方式建设风电场,不具备经济性优势。因此,要走向风大浪高的深远海,必须改变技术路径,突破传统海上风电的“作战半径”。

至2021年6月底,中国近海已并网海上风电规模1113.4万千瓦,占已核准规模约32%。但近海海上风电受航道、渔业等限制性因素影响较大,项目单体规模较小,且受海域空间与限制性因素影响,近海资源趋紧,海上风电朝深海发展已成未来必然趋势。

深海发展绝非易事,需要进一步的规划和布局。“目前,近海采用的风机多半是固定型式的,且风机技术相对成熟一些,而往深海发展,更多是采用漂浮式风机,这和近海的固定式风机是完全不一样的,是一个非常大的技术难题,2021年还列入了业界十大技术难题之一,挑战难度可想而知。”李红涛补充道,“朝深海发展,技术研发是重头,未来漂浮式风机将是深海风电发展的主攻技术,而现在全球的漂浮式海上风电技术并不成熟,依旧面临来自于成本、安全、产业链成熟度等问题。”

除此之外,海上风电朝深海发展还面临着运维方面的问题。安装位置距离陆地越来越远,如何进行安全有效的海上运营维护,是对是否会制约深海发展的一个关键点所在。“对于日常的运营维护存在两个方面的问题,第一是运维团队或者运营平台该采用什么样的运营维护装备,第二是采用何种运维手段更有效,怎么保障深远海的可达性等等,可能这些运维手段模式也是需要下一步需要去研究的。”李红涛说。

“海上风电+N”也是朝深海发展的一个新模式,可以综合利用海洋资源,将海洋产业进行融合发展,虽然目前还在进一步探索发展中,但是潜力无限。李红涛表示,海上风电制氢、储能或是海上风电加海洋牧场等这种融合性的发展趋势,也是海上风电朝深海发展的一个重要方向。

国际可再生能源机构认为,到2030年,全球海上风电的装机总量将达到1亿千瓦。到那时,或许巨大的风车将成为孩子们对海洋的第一印象。(转载请注明见道网www.seetao.com)见道网战略栏目编辑/许生鹏


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