【走进未来公司】中国能建乘“海风”破“数字化浪潮” “海上风电+”成引领未来新趋势

2021-09-29 16:41:16     来源:中国科技新闻网

中国科技新闻网9月29日讯(赵芙瑶)自“十四五”规划提出“3060”目标后,国内风电行业迎来了全新的发展机遇。一直以来,风力资源作为一种可再生能源,因其分布广泛、储量巨大、没有污染等优势备受能源市场青睐,并且目前我国风力发电技术较为成熟,具备规模开发条件和商业化发展前景,在缓解我国能源供应紧缺、优化能源消费结构、响应“3060”目标等方面有着举足轻重的角色。

风力发电又分为陆上风电和海上风电,在石油资源日趋紧张的态势下,各国均将眼光投向了风力资源巨大的海域,我国也不例外。与陆上风电相比,海上风电具有风能更加平稳、风机利用率更高、单机装机容量更大等优势,但同时也面临建设成本高、技术壁垒高、维护成本高的“三高”难题。

目前,海上风电的开发、传输利用到了何种创新技术?与陆上风电相比,其能源效率如何?其建设和使用过程中是否会给环境带来压力?除了风力发电,海上风电项目还有哪些不为人知的“妙用”?带着诸多疑问,中国科技新闻网携手百度百家号,本着“挖掘科技故事,传播创新精神”的理念,走进了中国能源行业的“国家队”、国内海上风电工程技术的领军企业——中国能源建设集团有限公司,从海上风电的产业链和业务布局、地域分布、市场份额、经营现状等维度出发,探秘其海上风电建设方面的经验与成果。

迎“风”而上 海上风电能源效益几何?

数据显示,海上风电效率较陆上风电年发电量多出20%~40%,具有更高的能源效益。以广东省珠海金湾海上风电场为例,该风场每年可提供清洁电能近8亿千瓦时,满足30万户家庭一年的用电量;与同等规模燃煤电厂相比,每年可节省标煤消耗约23万吨、减少二氧化碳排放约46万吨。

让我们走进看看这“大风车”的运行与日常生活究竟是何种关系。海上风电的扇叶看似转速很慢,实际上风机叶尖速度一般在95m/s左右,几乎与高铁行驶的速度持平。以国内目前已投运的5.5MW风机为例,扇叶转一圈约需要7~8秒,可发10度电,能供一台电动汽车行驶60km左右,供一台智能手机充电400次。

在节能减排方面,扇叶转一圈相当于减少标煤3kg,减少二氧化碳排放8kg,相当于一台燃油汽车跑40公里的碳排放量。

图:珠海金湾海上风电场

因其强大的能源效益,近年来全球海上风电新增装机量呈现波动上升趋势;亚洲市场的海上风电装机容量仅次于欧洲市场,海上风电新增装机量占比达到了 38.58%,其中我国海上风电新增装机量逐年上升,2020年为 3060 MW,占全球新增装机量比重的50.4%。

海上风电在拥有了庞大的装机量、显著的能源效益的前提下,如何进行电能输送也是一个重要议题。目前海上风机通过支缆汇集到海上升压站,然后通过大容量海缆,送至陆上集控中心,再接入电网,送至千家万户。

在我们利用清洁能源的同时,不容忽视的是,海上风电发展并非畅通无阻。海上风电中央财政补贴将于2022年开始取消,这无疑给海上风电的成本控制提出了更高的要求。2020年3月,财政部、国家发改委、国家能源局印发《关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见》(财建〔2020〕4号),提出2020年起新增核准海上风电项目不再纳入中央财政补贴范围,前期完成核准并于2021年12月31日前全部机组完成并网的存量项目可纳入中央财政补贴范围。而广东省财政补贴延续至2024年,对2025年起并网的项目不再补贴。也就是说,广东省还可搭上海上风电补贴的末班车。

这也意味着,一边是补贴取消,海上风电成本或将攀升;一边是“双碳”目标,海上风电迎来新的“星辰大海”。拐点已至,海上风电若想突围,需要“危”中见“机”,才能顺利踏上平价之路。

电力规划设计总院院长助理刘世宇也强调,若想实现平价上网,就需要整体推进创新。因为平价上网是海上风电可持续发展的关键时期,要从技术创新、设计优化、装备升级等方面来全面降低成本。

图:中国能建电规总院院长助理刘世宇

走向“深蓝” 海上风电凝聚数字智慧

中国能建党委常委、副总经理吴云在交流座谈会上指出,目前我国近海区的海上资源已经渐趋饱和,需要“由近及远、由浅到深”,开展深远海海上风电、高空风能发电、新型储能等关键技术研究,积极推动新能源开发和新模式、新技术示范应用。

图:中国能建党委常委、副总经理吴云

未来海上风电的发展趋势是深水远海化、机组大型化,这将对风电机组的研发、制造、安装运维、相关装备制造等环节也提出更高的要求,掌握核心技术的龙头企业必须拥有先发优势,中国能建表示将对海上风电技术进行“积极储备、超前研究”的策略:在深海化方面,积极开展“漂浮式风电基础”研究;在远海化方面,研发高压柔性直流输电技术,并开展海上风电人工能源岛的论证;在机组大型化方面,结合装备升级和迭代优化技术解决施工难点问题。

图:湛江外罗海上风电场项目 广东省首个大兆瓦级海上风电项目

值得一提的是,若将海上风电风机设置在远海,势必增加建造成本以及电力输送难度。于是,海上风电制氢以及海上风电与互联网、大数据等产业的深度融合成为了新的破局思路。2016年,我国海上风电产业刚刚起步,面临着投资成本高、风机故障率高、运维管理弱、交通可达性差、开发建设监管难度大等问题。为提高海上风电场安全、可靠和经济运行水平,中国能建广东院提请广东省发展改革委建设广东省海上风电大数据中心。

据了解,广东省海上风电大数据中心采集并储存了广东省海上风电规划、建设及运营数据,带动并促进海洋大数据、海事大数据、气象大数据、地震大数据等公益数据的互联互通,促进海上风电管理模式的智能化。

中国能建广东院数字化中心高级工程师谭任深向中国科技新闻网表示,海上风电在深海、远海这样的运行环境上,建设运维的成本非常之高,所以在风力发电的同时,建设数据中心,对规划建设、运营以及海洋生态数据进行采集收集,可以一举多得,推动海上风电向智慧化、数字化转型。

数字化的转型,赋予了海上风电项目一些意想不到的功能。“我们在海底电缆设置了监测系统,不但可以监测出海底电缆的运行状态,还能帮助我们提前发现海洋上的一些地震信息,帮助防灾减灾,同时也可以给民众提供一些诸如海洋气象预报等公益性服务。将数据提供给用户和政府,不仅能产生较大的社会效益,还能带动整个行业的健康发展。”谭任深举例称。

图:谭任深介绍广东省海上风电大数据中心

构建产业联盟 “海上风电+”成未来趋势

海上风电若想实现可持续性发展,构建产业联盟,实现“引资紧链”也刻不容缓。在推动海上风电全产业链的发展方面,中国能建有着自己独特的实现路径。

中国能建广东院副总工程师汤东升表示,风电机需要的每一个元器件从设计、施工、安装到调试,产业链条分布广泛。在这个过程中,每一项技术的创新都有可能对链条产生影响,实现“降本增效”。

图:中国能建广东院副总工程师汤东升

十四五”期间,我国将以海上风电降成本为主要发展目标,同时开展海上风电+海洋牧场、海上风电+制氢储氢、海上风电+海水淡化、海上风电+波浪发电、海上风电+海洋化工、海上风电+海洋科学研究等多样化融合应用,推动围绕海上风电的海洋经济发展。毫无疑问,“海上风电+”模式将会是未来海上风电发展的重要方向。

海上风电因其噪音大、体积庞大,曾引发业界担忧。有业内人士担心海上风电会对海洋生态环境造成恶劣影响。对此,中国能建科技信息装备事业部总经理裴爱国表示,海上风电场的噪音影响局限在非常近距离范围内,有研究发现,海上风电场对海洋生物不但不构成明显影响,还可能会成为海洋生物的一个新栖息地,甚至增加了生物多样性。

图:中国能建科技信息装备事业部总经理裴爱国

此外,利用海上风机的稳固性,将牧场平台、休闲垂钓载体、海上救助平台、智能化网箱、贝类筏架、藻类筏架、海珍品礁、集鱼礁、产卵礁等与风机基础相融合,降低牧场运维成本、提高经济生物养殖容量,从而实现海域空间资源的集约高效利用的海洋开发新模式。海上风电+深水网箱养殖+人工鱼礁+旅游开发的现代立体生态型“海洋牧场”目前已经成为现实。

同时,海上风电+制氢也成为了海上风电又一新的探索。风电能够提高风能的利用率,解决弃风难题;还能有效降低化石能源的消耗,降低污染物排放,为“3060”贡献绿色能源。

“3060”目标提出以后,风能、太阳能、氢能等新能源必将成为电力系统供应的主体能源,节能减排、低碳绿色成为了当下社会关切的议题。“3060”是国家重大战略决策,中国能建作为能源建筑央企,在海上风电领域不断积极探索,为缓解我国能源供应紧缺的状况,优化能源消费结构,改善大气环境质量,减少温室气体的排放贡献了能建方案、能建智慧、能建力量。

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