構(gòu)建海上風(fēng)電綜合供給消納體系助力實現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)

文/孫哲 王碩 蘇辛一 饒建業(yè)

2021 年我國海上風(fēng)電新增裝機容量1690 萬千瓦，實現(xiàn)爆發(fā)式增長，累計裝機容量達(dá)到2639 萬千瓦，首次超過英國，躍居世界第一位。在我國持續(xù)推行綠色能源替代行動的背景下，依托海上豐富的風(fēng)能資源，海上風(fēng)電將在我國“雙碳”戰(zhàn)略實施中扮演日益重要的角色。當(dāng)前，我國海上風(fēng)電開發(fā)進(jìn)入到從近海向深遠(yuǎn)海邁進(jìn)的跨越期，近海開發(fā)成本瀕臨平價的突破期，亟需厘清海上風(fēng)電發(fā)展定位、優(yōu)化海上風(fēng)電發(fā)展模式、構(gòu)建海上風(fēng)電綜合供給消納體系。

一、海上風(fēng)電在我國新型能源體系中的定位

黨的二十大報告明確指出要“深入推進(jìn)能源革命，加強煤炭清潔高效利用，加大油氣資源勘探開發(fā)和增儲上產(chǎn)力度，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系”。構(gòu)建新型能源體系是黨中央在新時代中國特色社會主義新征程上對能源發(fā)展提出的新要求，為我國“雙碳”戰(zhàn)略下未來能源發(fā)展提供了根本遵循。海上風(fēng)電作為我國新能源產(chǎn)業(yè)版圖重要組成部分，在我國新型能源體系中至少具備三個重要定位。

（一）發(fā)展海上風(fēng)電是我國綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要舉措

我國中東部地區(qū)土地資源稀缺，新能源開發(fā)受土地制約嚴(yán)重，中東部地區(qū)陸上新能源開發(fā)潛力有限。我國海上風(fēng)能資源十分豐富，開發(fā)潛力巨大。預(yù)計到2060 年，我國海上風(fēng)電開發(fā)規(guī)模將超過7 億千瓦，發(fā)電量將超過2 萬億千瓦時，占新能源發(fā)電量比重超過20%，海上風(fēng)電將成為我國、尤其中東部地區(qū)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要支撐力量。

（二）發(fā)展海上風(fēng)電是中東部地區(qū)能源保障的有力補充

中東部地區(qū)是我國電力負(fù)荷中心，隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程深入推進(jìn)，中東部地區(qū)電力需求仍將保持剛性增長。而我國中東部地區(qū)一次能源匱乏，電力供給保障長期高度依賴西部地區(qū)。海上風(fēng)電距離負(fù)荷中心更近，能源開發(fā)輸送綜合效率更高，隨著海上風(fēng)電開發(fā)成本降低，海上風(fēng)電將成為中東部地區(qū)能源保障的有力補充。

（三）海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)是我國現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系的重要組成部分

海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)涵蓋上游裝備制造、中游設(shè)計施工、下游運行維護(hù)各環(huán)節(jié)，相較于陸上風(fēng)電，具有產(chǎn)業(yè)鏈條更長、技術(shù)含量更高、帶動能力更強等特點，是我國清潔能源產(chǎn)業(yè)的重要支撐。同時，海上風(fēng)電可與海水制氫、海上交通、油氣開采等產(chǎn)業(yè)深度融合，是海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要抓手，對于推動戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)融合集群發(fā)展具有重要帶動作用。

二、海上風(fēng)電發(fā)展趨勢判斷

在我國海上風(fēng)電發(fā)展初期，海上風(fēng)電多為近海、淺海項目，單體項目規(guī)模相對較小，開發(fā)條件相對便利，海上風(fēng)電在國家可再生能源補貼支持下取得了快速發(fā)展?！半p碳”戰(zhàn)略提出后，隨著海上風(fēng)電成本進(jìn)一步下降，總體判斷，我國海上風(fēng)電已邁入新的發(fā)展階段。

（一）開發(fā)范圍正在從近海向深遠(yuǎn)海邁進(jìn)

當(dāng)前國內(nèi)海上風(fēng)電場多數(shù)集中于近海淺水區(qū)，近海深水區(qū)和深遠(yuǎn)海開發(fā)處于起步階段。截至2022 年底，我國海上風(fēng)電并網(wǎng)容量已達(dá)到3000 萬千瓦，未來幾年內(nèi)，隨著全國近9000 萬千瓦近海風(fēng)電項目的開發(fā)建設(shè)，近海風(fēng)電資源將逐步開發(fā)完畢。我國深遠(yuǎn)海資源豐富，技術(shù)可開發(fā)量巨大，但同時面臨著水深較深、嵌巖施工、造價更高、輸送更遠(yuǎn)等問題。海上風(fēng)電正加速從近淺海向深遠(yuǎn)海邁進(jìn)，近期廣東陽江、江蘇大豐等海上風(fēng)電項目從漂浮式風(fēng)電機組應(yīng)用、大容量遠(yuǎn)距離輸電等方面對深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電開發(fā)進(jìn)行探索。

（二）商業(yè)模式由國家補貼轉(zhuǎn)為市場導(dǎo)向

2022 年起，新增的海上風(fēng)電項目不再納入中央財政補貼范圍，0.85 元/ 每千瓦時的上網(wǎng)電價成為歷史，轉(zhuǎn)為由各省份自行出臺補貼政策。廣東、山東率先出臺按項目容量一次性補貼政策，2022 年補貼標(biāo)準(zhǔn)分別為1500元/千瓦和800 元/千瓦；浙江省按照0.03 元～0.015 元/千瓦時標(biāo)準(zhǔn)開展度電補貼。省級補貼可降低項目投資成本，一定程度上延續(xù)行業(yè)增長態(tài)勢、推動技術(shù)進(jìn)步與成本下降；但是“省補”力度遠(yuǎn)低于“國補”，補貼程度逐年退坡，且近期海上風(fēng)電項目中標(biāo)價格也呈現(xiàn)大幅下降趨勢。因此，進(jìn)入無“國補”時代后，海上風(fēng)電降本增效需求更為迫切，商業(yè)模式由國家補貼開始轉(zhuǎn)為市場導(dǎo)向。

（三）送出消納由就近分散接入轉(zhuǎn)為大規(guī)模集中送出

早期海上風(fēng)電普遍采用35千伏或220 千伏電壓等級接入電網(wǎng)，近期主要采用交流500 千伏輸電或直流±500 千伏輸送方式。江蘇如東海上風(fēng)電場采用±400千伏柔直輸電方式，三峽陽江海上風(fēng)電場采用±500 千伏柔直輸電方式。隨著風(fēng)場規(guī)模的擴大及輸電距離提升，為克服交流輸電容量限制及遠(yuǎn)距離充電功率問題，海上風(fēng)電送出方式將逐步從高壓交流向柔性直流方向發(fā)展。

三、海上風(fēng)電規(guī)模化發(fā)展面臨的突出問題

海上風(fēng)電作為風(fēng)資源開發(fā)利用的一種，與陸上風(fēng)電一樣在出力特性方面具有隨機性、波動性、間歇性等不足。此外，由于特殊開發(fā)環(huán)境，海上風(fēng)電在用海協(xié)調(diào)、施工建設(shè)、電力送出等諸多方面面臨更大挑戰(zhàn)。

（一）小規(guī)模分散開發(fā)方式造成國土空間資源協(xié)調(diào)利用難度加大

現(xiàn)有海上風(fēng)電項目大多以本體經(jīng)濟(jì)性優(yōu)先為開發(fā)原則，呈現(xiàn)規(guī)模不大、集中度不強等特點，造成海底輸電走廊、登陸點資源搶占、不合理利用等無序發(fā)展問題。如江蘇省早期核準(zhǔn)海上風(fēng)電項目53 個，總規(guī)模1280 萬千瓦，單個項目平均約25 萬千瓦，若每個項目分散建設(shè)，則至少規(guī)劃53 條海底走廊，將大量占用海底資源，也容易與交通、海事、國防等方面的用海需求形成矛盾，使后續(xù)項目規(guī)劃建設(shè)更為困難。

（二）大容量遠(yuǎn)距離海上電力送出面臨技術(shù)瓶頸

海上風(fēng)電的規(guī)?；_發(fā)將對場站的組網(wǎng)匯集和大容量送出技術(shù)提出更高要求，風(fēng)電場的組網(wǎng)方式、系統(tǒng)拓?fù)?、變電設(shè)備、控制與保護(hù)等技術(shù)均需要突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸。目前單回500 千伏交流送出方式最大送電能力在100～120 萬千瓦，大規(guī)模集中送出面臨著送出回路多、距離受限等問題，柔性直流方式送出容量更大，但造價較高，技術(shù)尚未完全達(dá)到實用化程度。漂浮式風(fēng)電設(shè)備、場站組網(wǎng)匯集和大容量送出技術(shù)面臨工程實用化檢驗。

（三）海上風(fēng)電的安全可靠替代能力和電網(wǎng)適應(yīng)消納能力亟待提升

當(dāng)前海上風(fēng)電大多分散就近接入電網(wǎng)，而大規(guī)模海風(fēng)接入電網(wǎng)時，其出力的間歇性、波動性將對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行造成影響，反調(diào)峰特性將加大對調(diào)節(jié)電源需求，風(fēng)電場控制方式也將使系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定分析更為復(fù)雜。因此，應(yīng)科學(xué)系統(tǒng)地分析接網(wǎng)區(qū)域的支撐電源需求和消納范圍。同時，大規(guī)模的并網(wǎng)接入將對東部省份目前的電網(wǎng)形態(tài)和結(jié)構(gòu)造成沖擊，江蘇、廣東等省份已經(jīng)出現(xiàn)了由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、省內(nèi)通道輸電能力、調(diào)峰能力等因素制約海上風(fēng)電消納的問題。

（四）開發(fā)運維成本亟需通過技術(shù)創(chuàng)新和集約化開發(fā)方式大幅降低

從近海走向深遠(yuǎn)海后，漂浮式風(fēng)電裝備總體設(shè)計面臨海洋平臺與風(fēng)電機組的跨界難題，開發(fā)成本大幅上升。此外，深遠(yuǎn)海風(fēng)電機組故障運維成本也為行業(yè)投資利潤帶來巨大挑戰(zhàn)。據(jù)行業(yè)普遍估算，海上風(fēng)電運維成本占全生命周期度電成本的三分之一，故障處理可帶來每天上百萬出海施工費用。因此，需要平衡成本、性能、可靠性三個關(guān)鍵要素。從海上風(fēng)電全生命周期來看，技術(shù)創(chuàng)新和大規(guī)模集約化發(fā)展是海風(fēng)平價的主要驅(qū)動力。大兆瓦海上風(fēng)電機組的投用雖然會帶來安裝施工成本上升，但也會攤薄度電成本，提升產(chǎn)業(yè)規(guī)模效應(yīng)。

（五）海上風(fēng)電綜合效益尚未充分挖掘

海上風(fēng)電是海洋產(chǎn)業(yè)重要組成部分，是海上能源開發(fā)的主要方式之一。但目前海上風(fēng)電開發(fā)主要以“發(fā)電上網(wǎng)”模式為主，基本處于電能利用階段，開發(fā)利用模式單一，較少涉及海上能源綜合開發(fā)利用，尚未與其他海洋產(chǎn)業(yè)形成有效聯(lián)合互動，海上風(fēng)電綜合一體化開發(fā)模式尚未形成。

四、構(gòu)建海上風(fēng)電綜合供給消納體系

為破解現(xiàn)階段海上風(fēng)電發(fā)展面臨的諸多挑戰(zhàn)，有必要革新海上風(fēng)電發(fā)展理念，創(chuàng)新海上風(fēng)電發(fā)展方式，為此，我們提出“三位一體、海陸協(xié)同”“產(chǎn)能融合、電氫耦合”兩種海上風(fēng)電主要開發(fā)模式，積極構(gòu)建海上風(fēng)電綜合供給消納體系。

一是“三位一體、海陸協(xié)同”發(fā)展模式?！叭灰惑w、海陸協(xié)同”模式以滿足中東部負(fù)荷中心為對象，以海上風(fēng)電為主體，以沿?；痣?、多時間尺度儲能等調(diào)節(jié)電源為支撐，以超高壓、特高壓輸電通道為載體，按照源網(wǎng)荷統(tǒng)籌規(guī)劃、海陸電源協(xié)同運行思路，將海上風(fēng)電供給消納范圍進(jìn)一步拓展至包括中部地區(qū)在內(nèi)的更廣區(qū)域，在滿足中東部地區(qū)電力電量雙重需求的同時，實現(xiàn)海上風(fēng)電規(guī)?；_發(fā)和高水平消納。二是“產(chǎn)能融合、電氫耦合”發(fā)展模式。海洋產(chǎn)業(yè)包括海上風(fēng)電以及海上油氣開采、海上交通、海水制氫等多類用能產(chǎn)業(yè)。傳統(tǒng)方式下海上能源供給和消費是不聯(lián)通的，海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展是割裂的。“產(chǎn)能融合、電氫耦合”模式的總體思路是依托海上清潔能源開發(fā)，充分挖掘海上負(fù)荷潛力，堅持電力外送和海上就地利用并舉。其中核心在于“融合”，“融合”體現(xiàn)在以電氫為紐帶的產(chǎn)業(yè)銜接，體現(xiàn)在海上能源供需靈活互動，也體現(xiàn)在包括油氣通道等基礎(chǔ)設(shè)施的復(fù)合利用。通過打造綠電生產(chǎn)、氫能制備、油氣儲輸于一體的海洋清潔能源產(chǎn)業(yè)圈，滿足沿海地區(qū)、海上負(fù)荷多元用能需求，實現(xiàn)海上風(fēng)電規(guī)?；?、高質(zhì)量發(fā)展。

為實現(xiàn)“三位一體、海陸協(xié)同”“產(chǎn)能融合、電氫耦合”，未來還需統(tǒng)籌風(fēng)能資源、海底輸電走廊、陸上調(diào)節(jié)性電源等因素，加快構(gòu)建以科技創(chuàng)新為核心、以科學(xué)統(tǒng)籌規(guī)劃為引領(lǐng)、以綜合能源輸送體系為依托、以清潔煤電儲能為支撐的海上風(fēng)電綜合供給消納體系。

以科技創(chuàng)新為核心，加快推進(jìn)深遠(yuǎn)海風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新和示范工程建設(shè)。提高全產(chǎn)業(yè)鏈裝備技術(shù)水平，全面提高風(fēng)電整體制造，海纜、塔筒、基礎(chǔ)等配套裝備，吊裝施工船舶等設(shè)備技術(shù)水平。形成完備的國產(chǎn)化產(chǎn)業(yè)鏈條，支撐千萬千瓦規(guī)模海上風(fēng)電增量開發(fā)。充分發(fā)揮新能源開發(fā)企業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新中的主體作用，協(xié)同攻關(guān)關(guān)鍵核心技術(shù)和“卡脖子”難題。重點開展50 公里以外海域風(fēng)資源開發(fā)、10 兆瓦以上超大型海上風(fēng)機制造、大容量、緊湊型遠(yuǎn)海風(fēng)電柔直送出技術(shù)，風(fēng)電機組與風(fēng)電場數(shù)字化智能化技術(shù)。

以科學(xué)統(tǒng)籌規(guī)劃為引領(lǐng)，合理配置海洋資源、輸電走廊和登陸點等資源要素，實現(xiàn)海上海下資源最優(yōu)化利用。海上風(fēng)電是典型陸域、海域均覆蓋的用海產(chǎn)業(yè)，不僅要考慮本體經(jīng)濟(jì)性，更應(yīng)合理利用海上、海下資源，統(tǒng)籌規(guī)劃陸域、海域資源。一是要建立深遠(yuǎn)海域風(fēng)資源高精度數(shù)據(jù)集，形成50 公里以外海域風(fēng)能資源圖譜；二是實現(xiàn)海域資源高效利用，相鄰海上風(fēng)電基地共享輸電路徑、電纜通道、岸線資源及登陸點資源等；三是提升單位面積海域發(fā)電效率，最大化區(qū)域能源保障、海洋開發(fā)、國防安全、領(lǐng)海保護(hù)等多重效益。

以綜合能源輸送體系為依托，打造以近海交流、深遠(yuǎn)海直流輸電為主、多種能源多元化輸送為輔的綜合能源輸送體系。安全可靠的電能輸送方式是海上風(fēng)電向深遠(yuǎn)海規(guī)?；l(fā)展的載體。當(dāng)前海上風(fēng)電送出多為離岸50 公里左右區(qū)域的交流輸電工程，為克服交流輸電容量限制及遠(yuǎn)距離充電功率問題，海上風(fēng)電將形成近海交流輸電、深遠(yuǎn)海柔性直流輸電相結(jié)合的主要送電模式。此外，柔性低頻輸電等先進(jìn)輸電技術(shù)已進(jìn)入工程示范階段，多端柔直、低頻輸電、新型組網(wǎng)技術(shù)等示范工程將逐步走向商業(yè)化應(yīng)用。隨著海上風(fēng)電綜合開發(fā)應(yīng)用，將形成電力輸送與氫能、油氣輸送相結(jié)合、以運輸電池代替電力輸送等多元化電能輸送模式，為深遠(yuǎn)海風(fēng)電提供了更加經(jīng)濟(jì)高效的輸送手段。

以清潔煤電儲能為支撐，為海上風(fēng)電安全可靠接網(wǎng)、高水平消納提供支撐電源體系。沿海省份煤電裝機達(dá)到3.99 億千瓦，占全國煤電裝機比例達(dá)到35.9%；抽水蓄能電站容量2286萬千瓦，占全國抽水蓄能比例達(dá)到55%，可以為海上風(fēng)電提供充足的靈活性調(diào)節(jié)資源。為保障海上風(fēng)電高水平消納利用，一是將靈活性調(diào)節(jié)資源與海上風(fēng)電同步規(guī)劃建設(shè)、合理配置；二是加大力度開展火電深調(diào)改造工程，緩解海上風(fēng)電大規(guī)模接入壓力；三是依托現(xiàn)有輸電通道，開展海上風(fēng)電與陸上風(fēng)光火核等多種電能打捆送出，多措并舉提升海上風(fēng)電消納利用水平。

五、結(jié)束語

海上風(fēng)電是我國貫徹落實“雙碳”戰(zhàn)略的重要支撐力量，在我國新型能源體系中將扮演日益重要的角色。當(dāng)前，我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在取得重大成就的同時逐漸暴露出種種問題，這是任何一個新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大的必經(jīng)階段。面對機遇、面對挑戰(zhàn)，我們必須堅持問題導(dǎo)向、堅持系統(tǒng)思維、堅持全局意識，在新型能源體系總體框架下謀劃海上風(fēng)電發(fā)展路徑，在海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略中統(tǒng)籌海上風(fēng)電總體布局，強化頂層設(shè)計，加強技術(shù)創(chuàng)新，推動跨界融合，加快構(gòu)建海上風(fēng)電綜合供給消納體系。