2022年世界海洋日前夕，記者從自然資源部獲悉，按《2021年中國海洋經濟統計公報》最新數據，目前我國海洋清潔能源開發勢頭強勁，2021年全國海上風電新增并網容量1690萬千瓦，同比增長4.5倍，累計容量躍居世界第一。
 

我國海上風電新增容量連續多年領跑全球。據國際能源署預測，2040年我國海上風電裝機容量將與整個歐盟相當，減排能力將進一步提升。
 

風力發電是當今發展最快的綠色能源之一。與陸地風電不同，海上風電更少受占用土地、噪聲污染等因素制約。就資源稟賦來看，我國經濟重心在東南沿海，而傳統能源主要分布在西北內陸，海上風電有利于彌補這種能源供應與經濟重心逆向分布之不足。
 

“向海爭風”的一大支撐是海洋高端裝備研發制造能力的迅速提升。2021年，我國自主研發制造的抗臺風型漂浮式海上風電機組在廣東并網發電，國內首個“海上風電+儲能”海上風電場建設進入儲能交付期，多項技術全球領先。
 

去年7月，我國在廣東陽江海域成功安裝了國內第一臺漂浮式海上風電組，它的單機容量達5500千瓦，每年可以為3萬戶家庭提供清潔電力。這意味著繼光伏之后，海上風電也闖入了“清潔能源”的賽道。

 

踩著鋼絲發電
 

海上風電的技術難度有多大？
 

風電機的一部分是漂浮在海面上的， “頭重腳輕”的它看起來似乎搖搖欲墜。尤其是一旦遭遇臺風，在發電之前，風電機先倒下了怎么辦？

 

 

實際上風電機不僅抗風，能抗的甚至是17級的臺風，這樣的成就，放眼全球都是第一例。它究竟是怎么做到的？

 

人們最開始制造海上風電機的時候，也完全是按照地面上的思路去造的。

 

最廣為人知的第一種方法就是“打樁”，簡單來說就是在海床上開一個“洞”，把海上工程的“腿”插在里面，使用天然水壓和沙土的力量穩固工程的根基。

 

 

只不過打樁這種方法需要受到一些限制條件，比如水不能超過一定的深度，以及海床的地面不能過于“松軟”，否則都容易導致打樁的工程失敗。

 

除此之外，海上打樁需要用到一種叫深層水泥攪拌船（DCM船）的裝備，加上造船的成本，用來建造海上機場那種四平八穩的工程倒是很好用，用來做風電機這種豎直的、高聳的工程，可就不太合適了。

 

 

而第二種方法，就是打造一個巨大的、沉重的重力基礎，用它的自重將它穩固在水中。

 

這種方法最著名的運用其實是三峽大壩，能抗的水壓大家也都有目共睹，同理，抗個海風自然也是不成問題的。

 

但重力基礎和打樁面對著同樣的顧慮，那就是它更適合那種“大塊頭”，而非“高個子”的工程，而且水越深，重力基礎所需要的材料越多，穩固性也越差，除此之外，它還需要對海床的要求還很高，不是平整的地面就很難建設，十分麻煩。

 

這兩種方法，雖然能在大型海工中大放異彩，但用于海上風電機就顯得有點雞肋了，人們急需一種更適應海洋環境、成本更低、泛用性更廣的“地基”。

 

直到2007年，世界上才第一次出現了漂浮式基礎。漂浮式基礎主要有三種，分別是單柱式、半潛浮式和張力腿式。

 

單柱式平臺

 

“漂浮”和“基礎”兩個詞，看似是矛盾的，實則不然。因為風電機看似是整個地浮在水上，其實海面下還藏有幾十米、甚至是上百米的桿體，在水面交界處，還專門設置有一個浮臺。

 

與此同時，水底下還有好幾個“秤砣”，這些秤砣每一個都重達幾千噸，以一種平衡的方式固定在水中，用牽引繩扯住風電機的“腰部”，將其牢牢固定住，不會在海面上飄遠。

 

由于海上風機的柱子并不粗壯，所以浮水平臺也很小，在多方的牽制下，雖然會小范圍浮動，卻因此不會被刮倒了。它利用了阿基米德的浮力原理：完全或部分浸入水中的物體會經歷垂直向上的推力，算是某種意義上的“以柔克剛”。

 

 

半潛浮式平臺

 

這種方式的設計思路是：最大限度地減少暴露在水中的表面積，改而增加體積，從而為風電機提供大量浮力。

 

可惜，如果要達到這個目的，最好的選擇是制造一個球體，但球體的實際使用效果并不佳，因此退而求其次采用了圓柱體。

 

這些圓柱體垂直分布，組成了一個三角或四角形的平臺，彼此之間的距離都大有講究，決定了最終的穩定性。

 

而風電機就放在其中的一個圓柱上，顯得不太對稱，但正是這種不對稱的結構，決定了它在經受風力攻擊的時候，可以自行旋轉，調整壓載重量，從而維持住在海面上的平衡。

 

 

我國的這臺漂浮式海上風電機組就是使用的半潛浮式平臺，它的最大抗風能力達到了17級臺風，也是全球第一臺抗臺風級的漂浮式海上風電機，完全演繹了什么叫不動如山、大國重器。

 

張力腿平臺

 

這是一種風險和利潤并存的方式，它的平臺是三、四或五臂構成的星型幾何形狀，通過特殊的結構產生遠大于自重的浮力，即使不需要安裝風力渦輪機，也可以達成平衡。

 

這種方式雖然已經有理念，但主要是用在海洋油氣開發工程之上，尚未在海上風電領域有具體的運用。

 

 

海上漂浮式風電的前景怎么樣？中國能爭取嗎？

首先，海上風電相較于地面風電已經有很多優勢：首先是無需占用土地，能夠連片開發；

 

其次是海面上的風力沒有阻擋，比地面上的更為強勁，發電的能量密度更大；

 

最后，耗電最大的往往是沿海的發達城市，而海上風電正好填補了這個缺口……

 

 

而海上風電中，漂浮式風機無疑是最先進的，因為它可以安裝在固定式風電機到不了的深度，因為后者需要海床作為基礎，所以只能在最多30米的水深下進行安裝。

 

而漂浮式就不一樣了，水越深，它越高興，可安裝的范圍達到了60~300米之間，這造就了它超乎尋常的泛用性。

 

除此之外，固定式風電場的安裝需要使用大量的基礎船只，如之前提到過的DCM船，同樣建在海底下的“地基”也是一筆不菲的成本；

 

而漂浮式風電場的大多數工序，如制造、組裝等工作，都可以在港口完成，之后只需要使用拖船和電纜敷設船將它運到指定位置即可，節省了一大筆成本，在工藝成熟之后，工人數量和建造時間也可以大幅度縮減。

 

可想而知，由于近海的資源有限，今后世界上的海上風電也大概率會將漂浮式作為主要的發展方向，我國也不例外，我國近期研究出的，能抗17級臺風的海上風電機就是其鐵證。

 

南鵬島海上風電項目

實現并網發電

2022年1月16日，在全體建設工作者的共同努力下，我國中節能（陽江）南鵬島海上風電首批風機實現并網發電，這標志著該項目跨過了建設過程的又一里程碑節點，進入了建設與生產并行的新階段。

 

傍晚，記者來到中節能（陽江）南鵬島海上風電項目風機塔基上，抬頭仰望，伴隨著晚霞穿破朵朵層云，一扇扇葉片撕破長空，一臺臺風機陸續轉動起來。據工作人員介紹，該風機光塔筒就高達104.33米，每片葉片長達76.6米，重達36噸。在塔筒內，記者看到了正在調試網線的運維工程師武學成，為風機的并網發電作最后的檢查。

 

 

中節能陽江南鵬島海上風電風機運維工程師 武學成：現在我正在看工作過程中的最后一個節點，檢查一下風機內部是不是還有其他的問題，風機是否具備并網發電的條件，如果可以的話我這邊就開始和中調那邊申請，申請這臺風機具備并網發電，經那邊同意之后我這邊就開始并網發電。

 

困難面前方顯偉大，海上風機并網發電比陸上更是多了天氣和海況等不確定因素，除此之外，茫茫大海上，通訊也是一個較大的困難。但辦法總比困難多，在大家不分晝夜的齊心協力下，克服了重重困難，最終，五臺風機順利并網發電，實現了藍天下的“舞動”。

 

 

中節能陽江南鵬島海上風電運維工程師 林顯桓：因為我們海上風機并網調試是遠離陸地的，面臨生活工作上的困難比較多，目前面臨一個比較大的困難就是天氣和海況的不確定性，造成窗口期比較短，但是我們也在盡量想辦法去克服這種困難。

 

據項目建設相關負責人介紹，本次五臺風機的成功并網意味著項目跨過了建設過程的又一里程碑節點，進入了建設與生產并行的新階段。下一步，他們將在保證安全的前提下，加快推進項目建設，確保項目按期實現全容量并網發電目標。