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向未知的大海深处进发——深远海风电发展浅析
发布时间:2019-11-21   信息来源:中国天际亚洲   
  
一、我国海上风电发展形势

  (一)近海风电规模化初见成效

  根据中国风能协会(CWEA)统计数据,2018年底我国海上风电累计装机445万千瓦,其中近海风电累计装机381万千瓦,约占装机总容量的86%。自2016年起新增装机均为近海风电项目,潮间带项目开发逐步减少。经过近十年的发展,在起步阶段潮间带风电的过渡和尝试之后,真正意义上的海上风电规模化开发初见成效。

  “十三五”规划海上风电装机目标500万千瓦提前实现已成定局,根据公开数据初步统计,截至2018年底我国已核准、在建海上风电项目累计规模超过4000万千瓦。从目前江苏、广东、福建、浙江、山东等沿海各省规划情况来看,全国中长期海上风电规划总量超过1亿千瓦,未来发展任重道远。

  (二)科学发展布局逐步成型

  随着海上风电“十三五”规划的落实,行业参与者对广阔的发展前景形成普遍共识,建设布局逐步推广到全国,部分海上风电大省对中长期规划进行了调整。我国海上风电逐步形成由点带面、由易到难的科学发展布局。

  从区域上看,江苏沿海资源条件和建设条件均衡,成为海上风电的先行者,累计装机占全国70%以上;福建、广东尽管开发难度相对较高,但凭借显著的资源优势成为重点发展区域。通过建设经验的积累和相互借鉴,浙江、辽宁、山东等沿海地区均取得新的进展;北部湾、辽东湾、海南岛西部海域等优质资源区有待逐步开展规划。

  从开发难易度上看,近海风电在未来一段时期仍然是开发重点,随着直流输电技术和漂浮式基础技术发展成熟,海上风电将逐步向深远海拓展,由个别示范走向规模化、集群化开发。目前广东、山东、上海、福建等地在深远海规划上走在前列,预计不久全国范围的深远海风电规划编制工作将深度展开。

  
二、深远海风电发展现状

  目前国际上对深远海风电的判定标准尚未形成权威定义,根据国内设计院和规范编制单位的相关界定以及工程技术形式的适用范围,一般认为水深大于50~60米为深海风电,场区中心离岸距离大于70~80千米为远海风电。

  (一)欧洲领先深远海开发

  在深远海风电开发方面欧洲仍处于领先地位,英国、德国等海上风电大国均积极发展和布局深远海项目。根据相关预测,2025年欧洲远海风电(离岸距离大于70千米)装机将达到1000万千瓦。

  从欧洲的开发经验来看,深远海风电发展呈现设备大型化、风场规模化的趋势,多种类型的漂浮式风场也逐步进入商业运行示范阶段。据初步了解,英国北海Hornsea Project One项目采用174台西门子歌美飒7兆瓦机组,装机121.8万千瓦,离岸120千米,水深23~37米,首台机组2019年2月并网,该项目为目前世界最大的在建海上风电项目;同一海域Hornsea Project Two项目处于前期阶段,采用165台西门子歌美飒8兆瓦机组,装机132万千瓦,平均离岸距离89千米;苏格兰Hywind项目装机30兆瓦,于2017 年全面投产,为全球首个商业运行海上漂浮式风电场。德国已投运的BorWin1项目通过±150千伏高压直流输电实现130千米40万千瓦海上风电送出;DolWin2项目±320千伏直流线路输电容量91.6万千瓦,总距离135千米,满足了远海风电的集中连片送出需要。

  (二)深远海风电主要技术方向

  1.大容量风机技术。目前我国已形成4至5兆瓦海上风机批量制造能力,6兆瓦级风机研制能力基本普及,7兆瓦及以上风机产品研制和发布数量增多;首批7兆瓦风机在福建沿海投入商业运行,首台8兆瓦风机下线,10兆瓦大容量风机正在研发;叶轮直径最大达到180米等级。欧洲市场目前7至8兆瓦等级风机逐步投入规模化商业运行;三菱维斯塔斯10兆瓦风机正式推向市场;通用电气12兆瓦风机预计今年安装样机,叶轮直径达到220米等级。

  我国大型化海上风机的研发和批量制造能力与国际先进水平还存在差距,设备长期运行可靠性还需要进一步验证。同时大型风机从产品研发、样机示范到批量制造需要一个迭代完善的过程,欧洲的发展经验同样值得借鉴。

  2.远距离输电技术。从技术、经验以及成本的角度来看,一般对于离岸不超过70千米、容量50万千瓦左右的近海风电场,交流输电具有一定的优势。未来随着远海风电大规模开发,直流输电将成为更有效、更具前景的送出方式。

  此外全直流风电场方案作为海上风电研究的前沿领域,通过直流海上风机技术和直流串联汇集技术可以省去大容量升压变压器和海上交流汇集平台,有望大幅度降低远距离输电成本。

  3.漂浮式基础技术。对于超过50~60米的深水区域,现有固定式基础技术不完善、经济性不强,漂浮式基础更适用于深远海风电资源的开发,主要形式有Spar(深吃水立柱)式、Tension Leg Platform,TLP(张力腿)式和Semi-Sub(半潜)式基础。

  目前漂浮式海上风电还未实现规模化开发,各种类型的漂浮式基础仍处于样机安装、完善和商用测试阶段,主要集中于欧洲和日本。其中电缆牵引安装和防护接头、系泊系统连接器、漂浮式风机荷载和功率测试等多项关键技术受到专利保护。

  
三、我国深远海风电发展机遇

  根据我国东南沿海风资源情况,一般在平均风速、风功率密度、湍流情况等方面,远海均优于近海,开发潜力更大。深远海风电资源作为海上风电长期发展的重要支撑,更需把握发展机遇、做好能力储备。

  一是结合我国深远海风资源特点及水文地质条件,有序开展项目布局建设,探索降本增效空间,推动深远海风电逐步向规模化发展。

  在渤海、黄海大陆架延伸海域布局远海项目。这部分海域水深普遍不深,不易受到台风破坏性影响,以江苏海域为例,离岸100千米处,水深仅为20~30米,优质远海风电资源具备近期开发条件,规划大规模远海风电基地,通过集中送出降低直流输电单位成本,将有助于进一步提升开发效率和经济性。

  在台湾海峡、东海及南海部分海域择优开展深海示范。台湾海峡风能资源最为丰富,应用先进大容量风机助推发电量提升,对冲初期较高的建设投资,具备示范价值和条件。广东沿海、浙江、海南岛西部等海域,深远海风资源及水深条件不占优势,适宜在相关技术成熟、造价下降后再进行开发。

  二是全面开展深远海风电相关技术研究。长远来看,深远海资源的可持续开发需要以成熟技术作为支撑。加强大容量风机研发力度,提高性能测试和质量管理水平,提升设备长期运行可靠性;加强柔性直流输电技术、漂浮式基础技术研究和规模化应用,推动建设投资下降;提升适用于深远海域开发的专业装备制造能力,推动深远海施工、安装和运维技术的革新。

  三是推进搭建研发、制造、运输、施工、运维一体化的综合型海上风电产业基地,开发商、风机和高端设备制造商、设计单位、施工单位等协同配合,为深远海风电规模化、集约化、智能化开发创造条件。

  
文:天际亚洲技术经济研究院 姚中原   
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