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“海上风电安全高效开发成套技术和装备及产业化”推动我国海上风电高质量发展
2024-06-26 来源:三峡小微
 蓝海驭长风 万里惠千城
 
——“海上风电安全高效开发成套技术和装备及产业化”推动我国海上风电高质量发展
 
6月24日,全国科技大会、国家科学技术奖励大会、两院院士大会在京召开,由三峡集团作为第一完成单位申报的“海上风电安全高效开发成套技术和装备及产业化”项目获得2023年度国家科学技术进步奖一等奖。这是继“长江三峡枢纽工程”荣获国家科学技术进步奖特等奖后,三峡集团再一次作为第一完成单位荣膺国家科学技术进步奖。
 
 
▲ 2021年的三峡能源福建兴化湾海上风电场,建设有当时单机容量亚太地区最大、全球第二大的10兆瓦风电机组 三峡能源供图
 
我国海上风能资源丰富,发展海上风电对保障我国能源安全、推进绿色低碳转型、实现碳达峰碳中和目标具有重要意义。十多年来,中国海上风电事业从“一片空白”走向“世界领先”,海上风电装机容量登顶世界,海上风电产业链不断完善。一代海上风电人与风为伍、踏浪而行,为我国经济社会高质量发展打造“蓝色引擎”。
 
风起东海滨
 
2010年,初夏的黄浦江两岸郁郁葱葱。在国际社会日益关注全球气候变化、低碳技术时,首次以“低碳世博”为理念的上海世博会如同一部百科全书,被全球7300多万“读者”翻阅。
 
距会址70公里,34台风机矗立于碧海之上。这座因世博会而建设的亚洲第一个大型海上风电场——上海市东海大桥风电场不仅为世博会送去清洁能源,更向世界彰显着中国探索“蓝色引擎”的决心。
 
经略海洋、向海图强,是高质量发展的题中之义,也是全面深化改革开放的必然要求。发展海上风电,更是我国基于地理特征、资源禀赋和发展机遇的考量。
 
“蓝色国土”上,有资源之利。我国海域面积广阔,发展风电不占耕地和林地,且风能资源集中、出力稳定、风功密度高,可驱动大容量风机。据中国气象局评估,我国海上风能资源技术可开发潜力超过35亿千瓦,超过迄今为止全国累计发电装机容量。目前,海上风电的实际利用率不足1%,未来开发潜力巨大。
 
“绿色账本”里,有“降碳”之计。“双碳”目标下,海上风电正成为我国推进能源转型的重要抓手。据测算,海上平均风速比陆上高20%左右,海上风电年平均利用小时数超过2500小时,最高可超过4000小时,平均比陆上风电高500小时左右,同时距负荷中心较近,具有更高的能源效益。
 
“发展大计”中,有产业之重。现代化产业体系是现代化国家的物质技术基础,海上风电是典型的链条式产业,不仅能够带动关键原材料及核心零部件、装备制造、施工安装等链上企业,还能联动重型运输、钢铁、化工等关联产业的发展,通过产业配套与组合,形成规模庞大的产业集群。
 
“安全底座”上,有民生之需。我国是世界最大的能源消费国,能源的饭碗必须牢牢端在自己手里。然而,我国能源供应和能源需求逆向分布特征明显,东部地区人口密集、经济发达、能源需求旺盛且增长迅速,但传统能源资源匮乏,能源对外依赖性强。我国海域面积辽阔,近海5-50米水深范围内,风能资源技术开发量约5亿千瓦,深远海风能资源可开发量是近海的3-4倍。公开报道显示,到2030年,海上风电发电量占东部沿海地区用电量比重预计约10%;到2060年,该比重将超过30%。海上风电将成为我国能源结构转型和应对气候变化的重要支撑。
 
 
▲全球首台16兆瓦海上风电机组 摄影:韩磊
 
“向海之路是一个国家发展的重要途径”“海洋是高质量发展战略要地”“尤其要推进海洋经济转型过程中急需的核心技术和关键共性技术的研究开发”……习近平总书记的论述,蕴藏着深刻的海洋情怀和深远的战略考量。
 
海洋经济的发展水平是衡量一个国家综合实力的具体体现,高端海洋装备和前沿海洋工程技术更是全球海洋科学技术的制高点,推动海上风电安全高效规模化经济性开发,必须紧紧抓住创新“牛鼻子”。其中,除了依靠科研机构的前沿工作,还要发挥市场在资源配置中的决定性作用和企业在科技创新中的主体地位,立足需求定方向,以方向倒逼创新,将困难挑战化机遇,抓住机遇练本领,最终形成海上风电高质量发展的扎实推力。

风贯三万里
 
说到海上风电,不能绕开两片海。一片是海上风电“摇篮”的欧洲北海,另一片则是“挑战密布”的中国南海。
 
得益于欧洲北海浅水深、砂质海床承载力高等得天独厚的自然环境,早在1991年,世界上第一座真正意义上的海上风电场诞生。
 
相比之下,中国南海海域地质条件复杂、波流变化多端、气候变幻莫测、台风频发。曾有业内人士说,若有人能在南海近海竖起风机,那他们在全球五大洋的任何一片海域都可以竖起风机。
 
不出海,捕风生电只是空谈;出海,技术底子薄,连打桩都是难事。
 
2021年末,315台“中国三峡”风机飒飒列阵南海,四大类16种细分基础型式汇集出海上风电基础的“博物馆”,以多个“全国之最”“世界之最”为我国海上风电发展积累了宝贵经验。
 
“扎”下风机的,是怎样一支队伍?
 
一支过大江、进大山、建大坝的队伍,一支建设运营着世界最大水工程的队伍。
 
在十余年时间里,这支队伍凝聚产学研联合体数十家单位、上万名建设者,伴随着我国海上风电从潮间带、浅海向深远海挺进的脚步,在海上风电场设计、施工安装、运行维护和电力送出方面全面实现国际引领。
 
为什么是这支队伍?
 
让我们将视野拉远,溯长江而上寻找答案。
 
2010年,金秋十月。当东海大桥风机阵列展臂旋转时,三峡工程首次蓄水至175米正常蓄水位,世界规模最大的水利枢纽开始全面发挥综合效益。
 
“三峡工程因创新而生,创新是我们刻在骨子里的基因。从水电到风电,尽管事业不同,但创新精神不会断档。”三峡集团科技创新部主任刘运志感慨,“我们不断锤炼‘出题者’‘答题者’和‘应用者’能力,聚集优秀团队集中攻关,带动行业敢研敢用。一代代三峡人在清洁能源‘创新田’上不停撒种,从长江撒向海洋。”
 
2010年起,三峡集团加快海上风电集中连片规模化开发,全面掌握海上风电开发、建设、运营等核心技术,实现规模、管理、技术、标准、人才、品牌“六个引领”。
 
——设计更安全。面对海底地基复杂、台风强、浪流大等海洋环境,创新系列海上风电新型基础结构,创立复杂海洋环境海上风电设计理论方法体系。
 
围绕工程项目开展风机复合筒型、大直径筒型、新型嵌岩桩等筒基础结构研究和抗冰结构研究,让如同“筷子插入豆腐里”的风电桩在海底稳稳“扎根”,一系列新体系、新方法、新理论推动海上风电安全发展拾级而上。
 
——安装更高质。立足海上风电建设窗口期短的现实,提出复杂海洋环境下海上风电安全高效施工安装成套技术,研制新型施工安装装备,破解不同类型基础安装难题。国内首艘2000吨级海上风电安装平台“白鹤滩”号、国内首艘“运输+起重”一体化深远海海上风电施工船“乌东德”号先后亮相南海,水电与风电大国重器“双向奔赴”。
 
——发电更高效。持续推动海上风电机组大型化发展,解开我国海域特有环境适应性难题,实现海上风电机组台风期发电功能。
 
推动了4兆瓦到16兆瓦系列海上风机的开发和产业化,引领风机容量进入“两位数时代”。投运以来,“中国造”风机阵列成功经受多次超强台风考验,化“台风危机”为“发电良机”。
 
——送电更长远。勾勒集中连片规模化及深远海发展蓝图,解决了高电压大容量海上风电电力集中送出关键技术与装备的难题。
 
组织不同电压等级的海底电缆研发,推动我国海上升压站从无到有、从有到优,打造全球输送容量最大、电压等级最高的海上风电柔性直流输电系统,为海上风电向深远海、大规模、低成本发展带来可能。
 
取得的成绩得到了中国工程院院士马洪琪等多名院士专家的高度评价:“为突破我国海上风电高效、优质、低成本、规模化开发的技术瓶颈,形成自主创新的成套技术与装备,实现产业化”“总体达到国际领先水平”。
 
仅仅十余年,从“一片空白”到“国际领先”,短短四个字的变化,难以道明一路走来的艰辛。
 
回顾来路,“国家卓越工程师”称号获得者,三峡集团所属三峡上海院首席专业师、总工程师林毅峰谈起17年前初征东海大桥风电场的心情,或许这也是第一代海上风电人对使命的回应——
 
“很兴奋,但也有责任重大带来的压力。”
 
风劲潮涌时
 
十年征程,如投石问海,也如滚石上山。
 
在纵贯我国南北18000公里的“蓝色走廊”上,获奖项目创新成果已成功应用于辽宁庄河、江苏如东、福建兴化湾和广东阳江等我国70%以上海上风电项目,支撑超过2400万千瓦规模的海上风电建设,经济效益超600亿元,减排二氧化碳约5000万吨。
 
数据所折射的,是暖心的“民生账”——
 
共享发展,生活向好。对8600万“大湾区居民”来说,蓝色电能一端连接着“降碳曲线”,一端连接着“品质生活”。世界夜景卫星图上,粤港澳大湾区璀璨的灯光交相辉映,三峡广东阳江沙扒海上风电项目每年可为粤港澳大湾区提供约56亿千瓦时的清洁电能,相当于减排二氧化碳480万吨,可满足240万户家庭年用电量。
 
绿色发展,动力向“新”。海上风电是复杂的系统工程,需要并网送出、海上施工、运行维护等配套工程技术配合,这为地方经济带来绿色增长极。江苏小城如东,这个一度以化工、食品、农业、纺织为主的县城,在引入以风电为主的新能源产业企业群进驻后,形成集制造、施工、运维、检测为一体的海上风电设备制造全产业链,蹚出了绿色转型发展的新路子。10年来,如东县经济总量翻了近3番,生态环境持续向好,2023年优良天数比率全省最高。
 
协调发展,结构向优。2023年12月21日,全球首台16兆瓦超大容量海上风电机组在三峡集团平潭海上风电场刷新海上风电单机日发电量世界纪录。从平潭“一点”向南北“一线”纵观,从服务东北振兴战略,到长三角一体化战略、粤港澳大湾区战略,不断延伸的“蓝色走廊”正从能源“神经末梢”变为“强筋健骨”,与“西电东送”国家战略构成时空互补,为我国能源安全带来澎湃动能。
 
从战略目标看,构建海洋新质生产力,重点在于保障国家能源安全。目前,全球70%的潜在海风资源位于水深大于60米的深水海域。“十四五”后期,我国海上风电将向风速条件更好、但建设条件更严苛的深远海推进。
 
发展海洋新质生产力,需要海洋技术和海洋装备的科学水平和新型海洋工业体系的支撑。其中,勘察设计技术、装备技术、施工技术、输电技术有待更多“零的突破”;海上风电跨入平价时代,降低海上风电运维成本、推动海上风电数字化智能化技术创新,仍有许多“填空题”要答。
 

 
▲ 三峡广东阳江沙扒海上风电项目 三峡能源供图
 
“我们已走过千山万水,但仍需跋山涉水。”所谓战略机遇不能靠坐等实现,而要在最有利于发展的时期,用持续的奋斗和变革,赢来有利于发展的时空因素的叠加。
 
迎向海上风电发展的“黄金时代”,唯有破浪前行。
 
大浪淘重器,蓝海起“三峡”。
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