海上風(fēng)電支撐我國(guó)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的思考

劉吉臻，馬利飛，王慶華，房方，朱彥愷

（1. 華北電力大學(xué)國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略研究院，北京 102206；2. 華北電力大學(xué)控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，北京 102206）

一、前言

面對(duì)能源短缺、環(huán)境污染、氣候變化等人類共同的難題，一場(chǎng)以大力開發(fā)利用可再生能源為主題的能源革命在世界范圍內(nèi)興起[1]。十九大報(bào)告中指出，要推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。2020年9月和12月，習(xí)近平主席分別在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)和氣候雄心峰會(huì)上宣布將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，提出到2030年，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到1.2×109kW以上；二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取于2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和 [2,3]。這一系列措施進(jìn)一步明確了新時(shí)代我國(guó)能源發(fā)展的方向。

我國(guó)能源供應(yīng)和能源需求呈逆向分布，在資源上（包括新能源資源）“西富東貧、北多南少”，在需求上恰恰相反。我國(guó)海上風(fēng)電資源豐富，同時(shí)具有運(yùn)行效率高、輸電距離短、就地消納方便、不占用土地、適宜大規(guī)模開發(fā)等特點(diǎn)，海上風(fēng)電將成為我國(guó)大力發(fā)展可再生能源的必然選擇。“十三五”期間，我國(guó)海上風(fēng)電雖然得到快速發(fā)展，但是截至2019 年年底累計(jì)裝機(jī)只有6.42×106kW，相比海上風(fēng)電已進(jìn)入規(guī)?；A段的英國(guó)、德國(guó)等歐洲國(guó)家，我國(guó)仍處于商業(yè)化發(fā)展初期階段，“十四五”期間面臨著諸多挑戰(zhàn)。

為推動(dòng)我國(guó)海上風(fēng)電高質(zhì)量發(fā)展，支撐我國(guó)能源轉(zhuǎn)型，2019年9月，中國(guó)工程院正式啟動(dòng)“海上風(fēng)電支撐我國(guó)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展戰(zhàn)略研究”重大咨詢項(xiàng)目，旨在從戰(zhàn)略高度上明確我國(guó)海上風(fēng)電的發(fā)展戰(zhàn)略，從實(shí)踐層面上策劃我國(guó)海上風(fēng)電的發(fā)展路徑，為海上風(fēng)電的高質(zhì)量發(fā)展提供咨詢建議。

本文作為“海上風(fēng)電支撐我國(guó)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展戰(zhàn)略研究”項(xiàng)目的階段性成果，對(duì)我國(guó)海上風(fēng)電這一新興重大技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展方向進(jìn)行系統(tǒng)性的分析和研究。在分析我國(guó)能源發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢(shì)及面臨挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)上，研判海上風(fēng)電在我國(guó)能源轉(zhuǎn)型中的前景和地位，并梳理影響海上風(fēng)電發(fā)展的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域，最后針對(duì)目前海上風(fēng)電發(fā)展存在的問題，研究提出相關(guān)對(duì)策建議，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和能源轉(zhuǎn)型提供堅(jiān)強(qiáng)、綠色、持續(xù)的支撐。

二、我國(guó)能源革命的緊迫性

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，我國(guó)經(jīng)濟(jì)總量已躍居世界前列。與之相應(yīng)的能源消耗總量也持續(xù)大幅增長(zhǎng)，目前已成為世界上最大的能源生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。2019年我國(guó)能源生產(chǎn)總量達(dá)到3.97×109tce，發(fā)電量達(dá)到7.14×1012kW· h，包括可再生能源發(fā)電裝機(jī)在內(nèi)的指標(biāo)均達(dá)到世界首位。2019年我國(guó)一次能源消費(fèi)總量達(dá)到4.86×109tce，其中煤炭占比為57.7%，石油占比為18.9%，天然氣占比為8.1%，非化石能源占比為15.3% [4]。在我國(guó)能源電力事業(yè)取得舉世矚目成就的同時(shí)，能源資源約束日益加劇，生態(tài)環(huán)境問題突出，調(diào)整結(jié)構(gòu)、提高能效和保障能源安全的壓力進(jìn)一步加大，能源發(fā)展面臨一系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

（一）能源消費(fèi)總量持續(xù)增加，能源利用效率較低

21世紀(jì)初以來(lái)，我國(guó)一次能源消費(fèi)總量持續(xù)增長(zhǎng)，年均增長(zhǎng)近2×108tce，有力支撐了我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展。我國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）能耗從1978年的15.66 t/萬(wàn)元下降到2019年的0.49 t/萬(wàn)元，但仍高于世界平均水平50%左右。多年來(lái)，我國(guó)GDP增長(zhǎng)過多依靠投資和出口拉動(dòng)，高能耗產(chǎn)業(yè)發(fā)展過快。我國(guó)能源轉(zhuǎn)化和利用效率偏低，先進(jìn)高效能源技術(shù)普及率仍然較低，煤炭等化石能源清潔高效利用技術(shù)發(fā)展不平衡，部分行業(yè)開發(fā)應(yīng)用滯后，能源優(yōu)質(zhì)化利用程度不高，與發(fā)達(dá)國(guó)家差距明顯，節(jié)能潛力巨大。

（二）用能結(jié)構(gòu)不夠綠色，碳減排壓力大

我國(guó)“富煤、貧油、少氣”的能源資源稟賦，使煤炭一直在我國(guó)一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。2019年我國(guó)煤炭占一次能源消費(fèi)比重約為57.7%，非化石能源近年來(lái)有所增長(zhǎng)，占比為15.3%，與世界平均水平（15.7%）相當(dāng)。2019 年全球能源相關(guān)CO2排放總量為3.42×1010t，我國(guó)CO2排放量位于全球第一，排放量為9.8×109t，是美國(guó)的2倍，歐盟的3倍。2020年12月，習(xí)近平主席在氣候雄心峰會(huì)上宣布到2030年，中國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上。在全球二氧化碳排放量止增的同時(shí)，我國(guó)排放量仍在繼續(xù)上升，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，未來(lái)溫室氣體減排壓力巨大。

（三）油氣對(duì)外依存度持續(xù)增高，能源安全形勢(shì)嚴(yán)峻

我國(guó)化石能源的儲(chǔ)采比非常低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平。2019年我國(guó)石油、天然氣、煤炭的儲(chǔ)采比分別為18.7年、47.3年和37年，世界石油、天然氣、煤炭平均儲(chǔ)采比為49.9年、49.8年和132 年，石油僅為世界平均水平的約1/3，煤炭?jī)H為世界平均水平的約1/4。2017年我國(guó)超過美國(guó)成為全球第一大石油進(jìn)口國(guó)，2019年原油消費(fèi)量達(dá)到 6.4×108t，產(chǎn)量為 1.9×108t，進(jìn)口量為5.1×108t，對(duì)外依存度達(dá)71%。自2018年起我國(guó)成為最大天然氣進(jìn)口國(guó)，2019年天然氣消費(fèi)量為3.001×1011m3，產(chǎn)量為 1.762×1011m3，進(jìn)口量為1.391×1011m3，對(duì)外依存度達(dá)到43% [5]。隨著全球地緣政治變化、國(guó)際能源需求增加和資源市場(chǎng)爭(zhēng)奪加劇，我國(guó)能源安全形勢(shì)嚴(yán)峻。

（四）產(chǎn)能過剩，同質(zhì)化嚴(yán)重，技術(shù)創(chuàng)新能力不足

當(dāng)前能源及其相關(guān)領(lǐng)域，特別是煤炭、鋼鐵和煤電行業(yè)的投資過剩、產(chǎn)能過?，F(xiàn)象較為普遍?？萍际峭七M(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的根本動(dòng)力，也是一個(gè)國(guó)家核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志。新能源產(chǎn)業(yè)屬于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，尚有大型軸承和齒輪箱、控制系統(tǒng)等部分核心設(shè)備和工具軟件還嚴(yán)重依賴進(jìn)口，需要攻克其中的“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)。高比例新能源并網(wǎng)系統(tǒng)受到新能源波動(dòng)性、間歇性和不確定性等的影響，供電可靠性不高，且容易受極端天氣等影響，亟需從電力系統(tǒng)基礎(chǔ)理論、規(guī)劃方法、調(diào)度運(yùn)行技術(shù)等角度研發(fā)解決高比例新能源接入電網(wǎng)造成安全運(yùn)行與可靠供電等問題。此外，在新能源領(lǐng)域，國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚不完善，技術(shù)研發(fā)缺乏大型測(cè)試平臺(tái)。

三、海上風(fēng)電在能源轉(zhuǎn)型發(fā)展中的地位和前景

（一）海上風(fēng)電將成為我國(guó)大力發(fā)展可再生能源的必然選擇

1.海上風(fēng)能資源豐富，風(fēng)電效率高

我國(guó)擁有超過1.8×104km的大陸海岸線，可利用海域面積超過3×106km2，5～50 m水深、70 m高度的海上風(fēng)電可開發(fā)資源量約為5×108kW [6]；考慮到70 m以上的技術(shù)開發(fā)能力，實(shí)際可開發(fā)資源量更多。海上風(fēng)速高，風(fēng)機(jī)單機(jī)容量大，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)最高可達(dá)4000 h以上，海上風(fēng)電效率較陸上風(fēng)電年發(fā)電量多出20%～40%，具有更高的能源效益；海上風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)離陸地，不受城市規(guī)劃影響，也不必?fù)?dān)心噪音、電磁波等對(duì)居民的影響。

2.海上風(fēng)電靠近東部負(fù)荷中心，就地消納方便

我國(guó)絕大部分陸地風(fēng)能、太陽(yáng)能資源分布在西北部，北部和西北部煤炭資源占全國(guó)的76%，西南部水能資源占全國(guó)的80%，而中東部負(fù)荷需求則占全國(guó)的70%以上。能源基地大多遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，最大距離達(dá)到3000 km。中國(guó)工程院《我國(guó)未來(lái)電網(wǎng)格局研究（2020年）咨詢意見》指出，隨著我國(guó)西部產(chǎn)業(yè)發(fā)展和東部清潔能源的開發(fā)，東部和西部源荷不平衡程度將降低，“西電東送”規(guī)模會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)，“西電東送”也面臨著不可持續(xù)問題。中國(guó)工程院咨詢研究團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)，2030年我國(guó)中東部地區(qū)最大用電負(fù)荷將達(dá)到9.7×108kW，需受入電力超過3.6×108kW，必須采取“集中開發(fā)、遠(yuǎn)距離輸送”與“分布式開發(fā)、就地消納”并舉模式。緊鄰東部負(fù)荷中心的海上風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)，能夠減輕“西電東送”通道建設(shè)壓力；海上風(fēng)電與“西電東送”的水電還能在出力上形成季節(jié)互補(bǔ)。發(fā)展海上風(fēng)電能夠進(jìn)一步提高可再生能源占比，加快能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。

3.帶動(dòng)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，形成海洋經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)極

黨的十九大報(bào)告中明確要求堅(jiān)持陸海統(tǒng)籌，加快建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)。發(fā)展海上風(fēng)電，與大力發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)、建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略高度吻合?！笆濉逼陂g，海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)對(duì)沿海縣域經(jīng)濟(jì)的拉動(dòng)作用初步顯現(xiàn)，廣東陽(yáng)江，江蘇如東、大豐等地都在打造世界級(jí)海上風(fēng)電基地，部分積聚區(qū)域年產(chǎn)值已超過100多億元，成為地方經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)。據(jù)估算，目前沿海地區(qū)海上風(fēng)電項(xiàng)目?jī)?chǔ)備總投資約為1.6萬(wàn)億元，能夠有效地拉動(dòng)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，不僅助力海洋經(jīng)濟(jì)再上新臺(tái)階，而且在當(dāng)前形勢(shì)下形成新的產(chǎn)業(yè)鏈，對(duì)于穩(wěn)增長(zhǎng)穩(wěn)就業(yè)起到重要作用。

根據(jù)各省規(guī)劃，到2035年，我國(guó)海上風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)到1.3×108kW左右，與我國(guó)目前西電東送容量相當(dāng)，對(duì)促進(jìn)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系，將發(fā)揮舉足輕重的作用。海上風(fēng)電綜合優(yōu)勢(shì)明顯，東部地區(qū)可以把發(fā)展重心轉(zhuǎn)移到海上風(fēng)電資源的開發(fā)，海上風(fēng)電將支撐我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展。未來(lái)中東部電力負(fù)荷也將形成以本地傳統(tǒng)電源、“西電東送”、就地分布式新能源和規(guī)?；Ｉ巷L(fēng)電四點(diǎn)支撐的局面，結(jié)構(gòu)見圖1。

（二）國(guó)內(nèi)外海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

1.國(guó)內(nèi)外海上風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)（GWEC）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019年全球海上風(fēng)電新增裝機(jī)6.1×106kW，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到2.914×107kW，比2018年增長(zhǎng)了35.5%。2015—2019年，全球海上風(fēng)電市場(chǎng)年均增長(zhǎng)近16%。中國(guó)連續(xù)兩年成為新增裝機(jī)容量最多的國(guó)家，全球新增/累計(jì)裝機(jī)容量情況見圖2和圖3。

2019年我國(guó)海上風(fēng)電新增裝機(jī)1.98×106kW，累計(jì)裝機(jī)6.42×106kW，提前1年完成了“十三五”末裝機(jī)5×106kW的規(guī)劃目標(biāo)，僅次于英國(guó)和德國(guó)，位居全球第三，海上風(fēng)電裝機(jī)容量情況見圖4。截至2019年年底，在建項(xiàng)目裝機(jī)1.095×107kW，已核準(zhǔn)待建項(xiàng)目4.048×107kW。按照各省規(guī)劃，江蘇、廣東等是未來(lái)海上風(fēng)電發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域，我國(guó)海上風(fēng)電也將進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期[7]。

圖1 中東部電力負(fù)荷中心能源互補(bǔ)

2.國(guó)內(nèi)外海上風(fēng)電的發(fā)展趨勢(shì)

近些年歐美發(fā)達(dá)國(guó)家在大規(guī)模海上風(fēng)電集中開發(fā)的技術(shù)集成與關(guān)鍵裝備領(lǐng)域進(jìn)步巨大，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)，即單機(jī)額定容量逐步增大，海上風(fēng)電機(jī)組進(jìn)入10 MW時(shí)代；風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模越來(lái)越大，單體規(guī)模超過百萬(wàn)千瓦，規(guī)?；_發(fā)趨勢(shì)明顯；風(fēng)場(chǎng)離岸距離和水深不斷增加，分別超過100 km和100 m，深遠(yuǎn)?；厔?shì)明顯；競(jìng)價(jià)上網(wǎng)成為海上風(fēng)電發(fā)展最新模式，海上風(fēng)電成本逐步下降。

四、海上風(fēng)電重點(diǎn)技術(shù)

（一）風(fēng)電機(jī)組技術(shù)

目前海上風(fēng)電機(jī)組向著“大容量、輕量化、高可靠”趨勢(shì)發(fā)展。國(guó)外最大單機(jī)容量達(dá)到12 MW，國(guó)內(nèi)最大單機(jī)容量為10 MW，國(guó)內(nèi)外供應(yīng)商主要風(fēng)機(jī)型號(hào)見表1。

1.超長(zhǎng)超柔葉片技術(shù)

葉片是影響風(fēng)機(jī)性能和成本的關(guān)鍵部件，是衡量國(guó)家技術(shù)實(shí)力的標(biāo)志之一[8]，通過彎扭耦合控制實(shí)現(xiàn)葉片的自適應(yīng)降載，降低葉片單位長(zhǎng)度的成本。通過合理的材料布置方案提高葉片面內(nèi)的氣動(dòng)阻尼，提高葉片可靠性。柔性葉片配合氣動(dòng)附件的設(shè)計(jì)方案可以減少葉片的失速風(fēng)險(xiǎn)，保證機(jī)組的發(fā)電量。柔性葉片的彎扭耦合，柔性葉片與變槳系統(tǒng)耦合的穩(wěn)定性，葉片變形動(dòng)態(tài)測(cè)試等方面仍受制于國(guó)外的技術(shù)，相關(guān)部件材料/軟件等進(jìn)口情況見表 2。

圖2 全球每年新增/累計(jì)裝機(jī)容量

圖3 各國(guó)2019年新增/累計(jì)裝機(jī)容量

圖4 我國(guó)海上風(fēng)電裝機(jī)容量

表1 國(guó)內(nèi)外供應(yīng)商主要風(fēng)機(jī)型號(hào)

2.風(fēng)電機(jī)組主軸承技術(shù)

風(fēng)電機(jī)組主軸承式風(fēng)機(jī)的核心樞紐，不但要具有防腐防潮等性能，還必須承載整個(gè)風(fēng)機(jī)巨大震動(dòng)沖擊[9]。目前國(guó)內(nèi)在主軸承設(shè)計(jì)布局等方面依然存在薄弱環(huán)節(jié)，一定程度上依靠國(guó)外引進(jìn)技術(shù)，還需進(jìn)一步深入研究整個(gè)軸系，設(shè)計(jì)適合我國(guó)沿海風(fēng)情的軸承技術(shù)，相關(guān)設(shè)備進(jìn)口情況見表3。

3.直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)

目前國(guó)內(nèi)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型主要有雙饋風(fēng)機(jī)和永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)兩種。它們的主要區(qū)別在于發(fā)電結(jié)構(gòu)不同，傳動(dòng)不同[10]。永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)相對(duì)雙饋風(fēng)機(jī)效率更高、能耗較小、受風(fēng)速等條件限制小，對(duì)于我國(guó)風(fēng)電行業(yè)發(fā)展具有更重要的意義。但因永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)制造成本較高，控制難度較大，技術(shù)還不成熟等問題，國(guó)內(nèi)未來(lái)一段時(shí)間永磁直驅(qū)風(fēng)機(jī)和雙饋風(fēng)機(jī)仍將并行發(fā)展。雙饋式風(fēng)機(jī)與永磁直驅(qū)式風(fēng)機(jī)區(qū)別分析見表4。

4.新型高效風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置

在單風(fēng)輪Cpmax（風(fēng)能利用系數(shù)最大值）達(dá)到0.48的情況下，流過風(fēng)輪后的風(fēng)速僅降低20%左右，且主要通過風(fēng)輪外葉展吸收能量，內(nèi)葉展能量利用率很低，具有很高的能量梯級(jí)利用價(jià)值。串列式雙風(fēng)輪機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊，單位面積功率密度更高，單位面積內(nèi)機(jī)位更多，總?cè)萘扛蟆ｋp風(fēng)輪風(fēng)機(jī)功率密度高、占地少，能夠有效提高能源利用率，具有較高風(fēng)能利用系數(shù)。浙江某300 MW海上風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)場(chǎng)面積47.5 km2，裝有58臺(tái)5.2 MW機(jī)組，如采用等功率雙風(fēng)輪機(jī)組，可增加20%～30%機(jī)位。

（二）海上輸電技術(shù)

1.海上風(fēng)電單場(chǎng)送出技術(shù)

目前海上風(fēng)電單場(chǎng)送出的技術(shù)主要有高壓交流輸電(HVAC)、常規(guī)直流輸電(LCC-HVDC)、柔性直流輸電(VSC-HVDC)、分頻輸電(FFTS)四種方式 [11,12]，海上風(fēng)電場(chǎng)輸電方式選擇主要參考風(fēng)電場(chǎng)容量和離岸距離，詳細(xì)見表5。海上風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)規(guī)模的擴(kuò)大，輸電容量和輸電距離的增加，機(jī)組大型化、受端電網(wǎng)短路電流水平、電網(wǎng)安全穩(wěn)定等因素，使得海上風(fēng)電輸電直流化方向的發(fā)展趨勢(shì)愈加明顯。

2.大規(guī)模海上風(fēng)電集群組網(wǎng)送出技術(shù)

未來(lái)可用于大規(guī)模海上風(fēng)電集群組網(wǎng)送出的方案主要有基于HVAC技術(shù)的場(chǎng)間交流并聯(lián)組網(wǎng)交流送出，基于VSC-HVDC的交流并聯(lián)組網(wǎng)柔直送出，基于VSC-HVDC的多端柔性直流輸電和基于LCCHVDC和VSC-HVDC的混合直流輸電。

表2 葉片相關(guān)部件材料/軟件等進(jìn)口情況

（三）海洋工程技術(shù)

海洋工程技術(shù)主要包括勘查工程技術(shù)、結(jié)構(gòu)工程技術(shù)、巖土工程技術(shù)、建造技術(shù)以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)技術(shù)五部分（見圖5）。水深超過50 m的深海區(qū)域，如采用固定式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，造價(jià)將大幅增加，且目前技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)，深海浮式風(fēng)電場(chǎng)將成為海上風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展的新趨勢(shì)[13]。2018年江蘇亨通光電股份有限公司成功中標(biāo)葡萄牙海上浮式風(fēng)力發(fā)電輸出系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，為我國(guó)漂浮海上風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)積累了成功經(jīng)驗(yàn)[14]。

（四）運(yùn)維技術(shù)

1.激光雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)與風(fēng)速實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)

通過裝設(shè)于漂浮式平臺(tái)的激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)進(jìn)行風(fēng)資源觀測(cè)，可為設(shè)計(jì)規(guī)劃以及優(yōu)化調(diào)度提供高精度風(fēng)況指導(dǎo)；通過機(jī)艙式激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)前饋?zhàn)儤递d運(yùn)行。分析歷史數(shù)據(jù)及氣象數(shù)值信息建立預(yù)測(cè)模型 [15]，輸入高精度測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行模型計(jì)算，從而得到風(fēng)速實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)結(jié)果，為多尺度場(chǎng)級(jí)功率預(yù)測(cè)以及海上風(fēng)電能量?jī)?yōu)化管理提供了測(cè)算依據(jù)，風(fēng)速實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)流程見圖6。

2.風(fēng)電場(chǎng)尾流控制

構(gòu)建面向控制的穩(wěn)態(tài)尾流模型，量化機(jī)組間因尾流效應(yīng)產(chǎn)生的功率耦合關(guān)系；通過優(yōu)化問題的構(gòu)建求解，降低尾流效應(yīng)引起的功率損失，提高全場(chǎng)發(fā)電量。結(jié)合模態(tài)分解與頻域分析手段，分析尾流的動(dòng)態(tài)特性，量化尾流效應(yīng)對(duì)機(jī)組載荷的影響，實(shí)現(xiàn)功率-載荷協(xié)同優(yōu)化，風(fēng)電場(chǎng)尾流控制技術(shù)結(jié)構(gòu)如圖7所示。

3.風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化調(diào)度與控制

綜合風(fēng)-浪-流-機(jī)的復(fù)雜耦合影響，從固有/可變兩個(gè)角度表征高可靠性前提下的機(jī)組功率調(diào)節(jié)特性，量化功率調(diào)節(jié)與機(jī)械載荷指標(biāo)間的關(guān)系。構(gòu)建群-場(chǎng)-機(jī)多層框架的風(fēng)電場(chǎng)群協(xié)同優(yōu)化調(diào)度方法，提高規(guī)?；Ｉ巷L(fēng)電的并網(wǎng)友好性[16]。風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化調(diào)度與控制流程如圖8所示。

表5 海上風(fēng)電場(chǎng)輸電方式選擇

圖5 海洋工程技術(shù)總覽

圖6 風(fēng)速實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)流程圖

4.設(shè)備智能檢測(cè)與維修

基于智能數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)構(gòu)建風(fēng)電場(chǎng)大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，實(shí)時(shí)更新與計(jì)算風(fēng)場(chǎng)監(jiān)控狀態(tài)、故障分析、設(shè)備監(jiān)測(cè)及預(yù)警等[17]，以定期維護(hù)與故障預(yù)警維修相結(jié)合的形式，保障機(jī)組常規(guī)維護(hù)，及早發(fā)現(xiàn)故障并及時(shí)處理，減少故障導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間，海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維流程如圖9所示。建設(shè)區(qū)域化運(yùn)維基地及智能調(diào)度策略，結(jié)合設(shè)備健康度檢測(cè)信息與精細(xì)化氣象預(yù)報(bào)，優(yōu)化部署海上維修交通工具及檢修團(tuán)隊(duì)，提高維修效率，降低運(yùn)維成本。

五、海上風(fēng)電高質(zhì)量發(fā)展的對(duì)策建議

（一）加大海上風(fēng)電資源勘察力度，建立資源評(píng)估體系

建議政府部門和科研機(jī)構(gòu)，對(duì)全國(guó)海上風(fēng)電資源進(jìn)行詳盡的勘測(cè)，建立資源評(píng)估體系，強(qiáng)力支撐國(guó)家能源戰(zhàn)略規(guī)劃、政策法規(guī)編制，引導(dǎo)和優(yōu)化可再生能源項(xiàng)目投資布局。建議在相關(guān)教育專業(yè)設(shè)置和可再生能源資源堪察評(píng)估專業(yè)人才培養(yǎng)等方面予以重點(diǎn)支持。

圖7 風(fēng)電場(chǎng)尾流控制技術(shù)

圖8 風(fēng)電場(chǎng)優(yōu)化調(diào)度與控制

（二）提高海上風(fēng)電對(duì)我國(guó)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的認(rèn)識(shí)

革新我國(guó)能源資源稟賦理念，規(guī)范能源資源稟賦的內(nèi)涵，旗幟鮮明地將海上風(fēng)電等可再生能源作為國(guó)家能源規(guī)劃和戰(zhàn)略政策中不可或缺的組成部分；國(guó)內(nèi)近海海上風(fēng)電資源豐富，開發(fā)利用潛力巨大，且靠近東部電力負(fù)荷中心，就近消納方便，發(fā)展海上風(fēng)電將成為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略支撐，為海洋綜合開發(fā)利用與建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)貢獻(xiàn)力量。

（三）加大國(guó)家層面的宏觀統(tǒng)籌與整體規(guī)劃

“十四五”期間強(qiáng)化對(duì)海上風(fēng)電的頂層設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌未來(lái)電網(wǎng)建設(shè)格局，支持東部沿海加快形成海上風(fēng)電統(tǒng)一規(guī)劃、集中連片、規(guī)模化滾動(dòng)開發(fā)態(tài)勢(shì)，優(yōu)化電力生產(chǎn)和輸送通道布局；聚焦“新基建”，加快廣東、江蘇等風(fēng)能資源良好省份現(xiàn)有的海上風(fēng)電基地建設(shè)，并逐步推動(dòng)海上風(fēng)電往深海、遠(yuǎn)海方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)海上組網(wǎng)與就地消納；建議電網(wǎng)企業(yè)一同加入海上風(fēng)電開發(fā)，統(tǒng)籌考慮電網(wǎng)格局、電力氣象預(yù)報(bào)流和電網(wǎng)安全的影響，統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)海上電力輸送通道，減少不必要的重復(fù)投資。

圖9 海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維流程

（四）聚焦“卡脖子”問題，加強(qiáng)科技創(chuàng)新

海上風(fēng)電技術(shù)和裝備要求高、科技內(nèi)容豐富，利用“十四五”窗口期，建議科學(xué)技術(shù)部、發(fā)展和改革委員會(huì)、能源局聚焦海上風(fēng)電全產(chǎn)業(yè)鏈“卡脖子”問題，加大科技攻關(guān)力度，提高裝備國(guó)產(chǎn)化率，推動(dòng)關(guān)鍵核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化突破；開展全生命周期多維度技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，建立引導(dǎo)海上風(fēng)電科技創(chuàng)新的差異化政策扶持機(jī)制；在科研體制方面，探索面向國(guó)家需求的新型創(chuàng)新合作機(jī)制、激勵(lì)機(jī)制、人才培養(yǎng)機(jī)制。

（五）健全政策扶持機(jī)制，引導(dǎo)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展

改變一刀切、限定時(shí)限予以補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制，建立針對(duì)海上風(fēng)電的階段性退坡補(bǔ)貼機(jī)制，避免海上風(fēng)電片面追求規(guī)模、忽視質(zhì)量的“搶裝潮”； 調(diào)動(dòng)地方財(cái)政補(bǔ)貼積極性，通過補(bǔ)貼實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈延伸和推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的良性循環(huán)；準(zhǔn)確把握“放管服”政策尺度，避免陸上風(fēng)電“4.95萬(wàn)千瓦現(xiàn)象”；開展全生命周期多維度技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，建立引導(dǎo)海上風(fēng)電科技創(chuàng)新的差異化政策扶持機(jī)制。