近年來，我國海上風電發(fā)展成績斐然，國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)顯示，截至2021年6月底，我國海上風電累計裝機容量達1113.4萬千瓦。有機構(gòu)和媒體預測，2021年中國海上風電累計裝機容量大概率可超過英國，位居全球第一。然而2022年，我國海上風電的中央財政補貼將全部取消，給“十四五”時期的產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來一定不確定性。

 

“平價下建設(shè)單位要求海上風電項目收益率不低于6%，對其造價提出嚴苛挑戰(zhàn)。”新疆金風科技股份有限公司海上工程方向總工程師兼風電設(shè)計研究院副院長寧巧珍在日前舉行的2021全球海上風電大會上表示：“僅靠風電達到客戶投資收益，在有限海域面積里是比較困難的。”面對必然來臨的平價與集約節(jié)約用海政策，海上風電的跨界合作與多元化模式創(chuàng)新，成為2021全球海上風電大會上頗受關(guān)注的話題之一。

 

東方電氣風電有限公司研發(fā)中心副主任李源對此表示，漂浮式風電是向深遠海發(fā)展的一個趨勢，隨著技術(shù)成熟，其經(jīng)濟性會越來越好。在平價時代，漂浮式+海洋牧場+海上制氫，打造海洋生態(tài)圈是未來方向。

 

那么，在眾多海上風電開發(fā)新概念與新模式中，哪些已經(jīng)具備技術(shù)條件？

 

 

海洋牧場是充分利用海洋的自然生產(chǎn)力，在特定海域科學培育和管理漁業(yè)資源的人工漁場，是目前海洋經(jīng)濟最成熟的發(fā)展業(yè)態(tài)之一。近年來，我國已完成覆蓋渤海、黃海、東海與南海四大海域的86個國家級海洋牧場示范區(qū)建設(shè)；計劃到2025年將建成178個國家級海洋牧場示范區(qū)。

 

優(yōu)異的發(fā)展成績背后，仍存在一定挑戰(zhàn)。一方面，海洋牧場的供電難與供電不足問題，導致大型現(xiàn)代化牧場增養(yǎng)殖設(shè)備、資源環(huán)境監(jiān)測設(shè)備等無法使用、維持，生產(chǎn)效率較低；另一方面，海洋牧場僅水下部分空間通過增養(yǎng)殖得以開發(fā)，水上空間無法得到有效利用，不利于海洋資源的立體開發(fā)。

 

反觀海上風電，可在充分發(fā)揮水上空間資源價值的同時，一舉多得地解決海洋牧場供電不足問題。更值得關(guān)注的是，海上風電還有利于海洋牧場的高效增產(chǎn)。

 

在荷蘭OWEZ公司海上風電場，科研人員以底棲生物、魚類、鳥類和海洋哺乳動物多樣性為評價對象，通過2年實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)該風電場已成為生物群落的新棲息地，甚至增加了生物多樣性。有資料顯示，海水流經(jīng)風電機組樁基和半潛式平臺時，迎流面會產(chǎn)生上升流，隨上升流上涌的底層營養(yǎng)鹽與表層海水充分交換，促進各種浮游植物生長，從而誘集各類海洋生物前來索餌，形成高度復雜的食物鏈。同時，海水背流面會產(chǎn)生背渦流，多數(shù)魚類喜歡棲息于流速緩慢的渦流區(qū)。

 

海洋牧場與海上風電融合發(fā)展可謂“有百利而無一害”，是未來集約節(jié)約用海的新型產(chǎn)業(yè)模式。

 

“海洋牧場與海上風電融合技術(shù)要進行示范、先導，對海洋牧場的肌理和海上風電及其配套設(shè)施研發(fā)，探索升降式的筏架、智能網(wǎng)箱和觀光垂釣平臺。”寧巧珍談道。

 

目前已有大量“海上風電+海洋牧場”示范項目在推進。例如，以德國、荷蘭、比利時、挪威等為代表的歐洲國家早在2000年便將魚類養(yǎng)殖網(wǎng)箱、貝藻養(yǎng)殖筏架固定在機組基礎(chǔ)上進行試點研究；以韓國為代表的亞洲國家則于2016年開展了海上風電與海水養(yǎng)殖結(jié)合項目，使雙殼貝類和海藻等在項目區(qū)域增加。

 

2020年3月，我國首個“海上風電+海洋牧場”示范項目——山東昌邑市海洋牧場與三峽300MW海上風電融合試驗示范項目海洋勘察工程公示。2020年4月，由中廣核研究院牽頭申報的2020年省級促進（海洋）經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展專項資金項目“漂浮式海上風電與海洋牧場融合關(guān)鍵技術(shù)研究”項目完成合同簽訂。

 

相對于可期的社會與經(jīng)濟價值，實現(xiàn)該模式的項目數(shù)量目前仍較為有限，通過創(chuàng)新海洋牧場與海上風電融合發(fā)展技術(shù)體系，構(gòu)建海洋牧場與海上風電融合發(fā)展監(jiān)測體系，完善風險預警防控和應急預案管理體系，進一步探索其他開發(fā)模式是未來的攻關(guān)重點。

 

 

“Power to X”概念被提出，主要基于節(jié)約能源的考慮。比如，通過水電解及后續(xù)合成工藝，將過剩或無法送出的電力能源轉(zhuǎn)化為液態(tài)或氣態(tài)的化學能源，以便存儲或輸送。隨著全球加快應對氣候變化的步伐，人們漸漸意識到“Power to X”可以成為供熱、交通、工業(yè)用能等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳減排的途徑。

 

“‘Power to X’技術(shù)正在不斷拓展到原來沒有本地電力需求的行業(yè)，有趣的是，油氣公司紛紛將其作為重點，并將經(jīng)驗與技術(shù)帶進來。”全球風能理事會（GWEC）海上風電工作組主席AlastairDutton認為。

 

例如，通過海上風電與“Power to X”技術(shù)相結(jié)合進行海上風電制氫，就能將風電本身所具備的綠色環(huán)保屬性，進一步延伸至氫能利用過程中，實現(xiàn)近零碳排放。

 

對于海上風電的發(fā)展而言，“Power to X”技術(shù)則能夠避免棄風或因輸電能力不足導致的發(fā)電量下降。“‘Power to X’技術(shù)是海上風電與其他行業(yè)的整合，也是除解決風電大規(guī)模并網(wǎng)之外的另一項重要探索。”中國船舶集團海裝風電股份有限公司學科帶頭人、海上漂浮式風電裝備總設(shè)計師董曄弘在2021全球海上風電大會上指出。

 

以海上風電為例，目前正在探索的制氫方案多達四種：一是將海上風電通過電網(wǎng)傳輸?shù)礁邏弘娋W(wǎng)，再通過電網(wǎng)為電解槽供電；二是電解槽通過風電場專用電表獲取電力，也可以通過電網(wǎng)電表獲取電力，電解槽可建在海上平臺，也可建在陸地；三是電解槽與風電場同時建造，風電直接被輸送至電解廠；四是電解槽建在風電機組內(nèi)部或漂浮式平臺上，用成本較低的輸電方式替代海上電纜，并且電解槽能夠以風電場發(fā)電成本價獲得電力。

 

在上述模式的基礎(chǔ)上，明陽智能進行了進一步探索。“以前制氫必須使用淡水，對水的純凈度要求非常高。明陽智能發(fā)明了一項新的技術(shù)，利用海水制氫，使制氫成本大大降低。”明陽智慧能源集團股份公司總工程師賀小兵介紹說：“如果能利用天然氣管道輸送氫到陸上，成本可進一步降低。”目前，海上風電制氫已可進入規(guī)?；瘧秒A段。據(jù)荷蘭王國駐廣州副總領(lǐng)事楊安介紹，2020年殼牌在荷蘭與合作伙伴共同推進的一個海上風電制氫項目，總裝機容量計劃在2030年與2040年分別達到4GW與10GW，項目本身還包括一系列制氫電解、存儲與輸送裝置。

 

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國的風電制氫項目與課題已經(jīng)超過20個，但海上風電制氫項目數(shù)量較少。在未來的海上風電制氫發(fā)展中，還需破解如風電波動性對于制氫設(shè)備的影響、海上風電成本較高、儲存運輸難等一系列技術(shù)與市場挑戰(zhàn)。

 

 

與以上兩種創(chuàng)新模式相比，能源島的概念更原生于海上風電，是圍繞海上風電所構(gòu)建的一個多元化海洋利用系統(tǒng)。“一個自然島嶼或人工平臺，充當周圍海上風電場發(fā)電的樞紐，并將其輸送到北海區(qū)域的各個國家”，是對能源島的早期定義。

 

“借鑒國外相關(guān)經(jīng)驗，海上風電應同海洋牧場、海上油氣、氫能、儲能等多種資源實現(xiàn)綜合開發(fā)，融合發(fā)展。通過能源島概念，可實現(xiàn)海上風電與其他資源綜合開發(fā)的模式。”水電水利規(guī)劃設(shè)計總院新能源和軍民融合部主任趙太平認為：“能源島的概念在國外處于推進過程中，在我國也有相關(guān)嘗試，這是未來的一個趨勢。”

 

北海被認為是歐洲能源供應最重要支柱之一，早在2017年，歐洲輸電系統(tǒng)運營商TenneT就提出在多格海岸建設(shè)能源島的設(shè)想，主要用于接入多國開發(fā)的海上風電。由于島嶼距離風電機組較近，可采取成本更低的交流電方式，先將電力輸送至島上，再以高壓或特高壓直流電形式統(tǒng)一配送到歐洲大陸或英國。該項目最初計劃建設(shè)3座島嶼，每座面積約6平方千米，設(shè)有港口、機場等交通設(shè)施，簡易的設(shè)備生產(chǎn)裝配線，以及大型備品備件倉庫。島上還配備辦公室和住宅，滿足專業(yè)團隊的日常需求。這使得海上風電的運維人員與備品備件做到統(tǒng)一調(diào)配，集中共享。

 

作為海上風電的變流、傳輸和制氫樞紐，這項名為聯(lián)合體北海風電樞紐的項目得到了諸多機構(gòu)與企業(yè)支持，其總規(guī)劃支持目標由最初的100GW增至180GW。截至目前，聯(lián)合體北海風電樞紐是啟動最早、設(shè)計最完善的能源島項目，預計將于2030年至2050年間建成。

 

若是進一步延伸對能源島的定義，我國其實已經(jīng)在推進相關(guān)工作。2020年8月14日，推進海南全面深化改革開放領(lǐng)導小組辦公室印發(fā)《海南能源綜合改革方案》，提出構(gòu)建海南清潔能源島，到2025年海南清潔能源島初具規(guī)模。

 

據(jù)專業(yè)機構(gòu)研究，為了充分發(fā)揮能源島作用，擴大海上風電集群效應，各國在政策法規(guī)、計劃等方面還需要實現(xiàn)進一步兼容。

 

無論是海洋牧場、“Power to X”，還是能源島，都為海上風電的模式創(chuàng)新給出了更多選擇，為風電與其他產(chǎn)業(yè)的進一步融合發(fā)展，描繪出可期的圖景。通過未來的跨界、貫通與融合，風電將與各行各業(yè)碰撞出越來越多的多元化創(chuàng)新火花，并無時無刻地展現(xiàn)出自身價值，真正成為向國民生產(chǎn)、社會生活提供無窮動力的主體能源。