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领跑全球!中国海上风电如何征服“未知的世界”,实现弯道超车的?

作者:
来源:
科创中国
2022/06/14 21:50
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【摘要】:
据自然资源部消息,按《2021年中国海洋经济统计公报》最新数据,目前我国海洋清洁能源开发势头强劲,2021年全国海上风电新增并网容量1690万千瓦,同比增长4.5倍,累计容量跃居世界第一。

数据显示,我国海上风电装机规模已高居世界第一。“向海争风”正成为东部沿海地区绿色低碳发展的“蓝色动力”。

据自然资源部消息,按《2021年中国海洋经济统计公报》最新数据,目前我国海洋清洁能源开发势头强劲,2021年全国海上风电新增并网容量1690万千瓦,同比增长4.5倍,累计容量跃居世界第一。

我国海上风电新增容量连续多年领跑全球。据国际能源署预测,2040年我国海上风电装机容量将与整个欧盟相当,减排能力将进一步提升。

风力发电是当今发展最快的绿色能源之一。与陆地风电不同,海上风电更少受占用土地、噪声污染等因素制约。就资源禀赋来看,我国经济重心在东南沿海,而传统能源主要分布在西北内陆,海上风电有利于弥补这种能源供应与经济重心逆向分布之不足。

“向海争风”的一大支撑是海洋高端装备研发制造能力的迅速提升。2021年,我国自主研发制造的抗台风型漂浮式海上风电机组在广东并网发电,国内首个“海上风电+储能”海上风电场建设进入储能交付期,多项技术全球领先。

去年7月,我国在广东阳江海域成功安装了国内第一台漂浮式海上风电组,它的单机容量达5500千瓦,每年可以为3万户家庭提供清洁电力。这意味着继光伏之后,海上风电也闯入了“清洁能源”的赛道。

踩着钢丝发电

海上风电的技术难度有多大?

风电机的一部分是漂浮在海面上的, “头重脚轻”的它看起来似乎摇摇欲坠。尤其是一旦遭遇台风,在发电之前,风电机先倒下了怎么办?

实际上风电机不仅抗风,能抗的甚至是17级的台风,这样的成就,放眼全球都是第一例。它究竟是怎么做到的?

人们最开始制造海上风电机的时候,也完全是按照地面上的思路去造的。

最广为人知的第一种方法就是“打桩”,简单来说就是在海床上开一个“洞”,把海上工程的“腿”插在里面,使用天然水压和沙土的力量稳固工程的根基。

只不过打桩这种方法需要受到一些限制条件,比如水不能超过一定的深度,以及海床的地面不能过于“松软”,否则都容易导致打桩的工程失败。

除此之外,海上打桩需要用到一种叫深层水泥搅拌船(DCM船)的装备,加上造船的成本,用来建造海上机场那种四平八稳的工程倒是很好用,用来做风电机这种竖直的、高耸的工程,可就不太合适了。

而第二种方法,就是打造一个巨大的、沉重的重力基础,用它的自重将它稳固在水中。

这种方法最著名的运用其实是三峡大坝,能抗的水压大家也都有目共睹,同理,抗个海风自然也是不成问题的。

但重力基础和打桩面对着同样的顾虑,那就是它更适合那种“大块头”,而非“高个子”的工程,而且水越深,重力基础所需要的材料越多,稳固性也越差,除此之外,它还需要对海床的要求还很高,不是平整的地面就很难建设。

这两种方法,虽然能在大型海工中大放异彩,但用于海上风电机就显得有点鸡肋了,人们急需一种更适应海洋环境、成本更低、泛用性更广的“地基”。

直到2007年,世界上才第一次出现了漂浮式基础。漂浮式基础主要有三种,分别是单柱式、半潜浮式和张力腿式。

1//  单柱式平台

“漂浮”和“基础”两个词,看似是矛盾的,实则不然。因为风电机看似是整个地浮在水上,其实海面下还藏有几十米、甚至是上百米的杆体,在水面交界处,还专门设置有一个浮台。

同时,水底下还有好几个“秤砣”,每个秤砣都重达几千吨,以一种平衡的方式固定在水中,用牵引绳扯住风电机的“腰部”,将其牢牢固定住,不会在海面上飘远。

由于海上风机的柱子并不粗壮,所以浮水平台也很小,在多方的牵制下,虽然会小范围浮动,却不会被刮倒了,算是某种意义上的“以柔克刚”。

2//  半潜浮式平台

这种方式的设计思路是:最大限度地减少暴露在水中的表面积,改而增加体积,从而为风电机提供大量浮力。

这些圆柱体垂直分布,组成了一个三角或四角形的平台,彼此之间的距离都大有讲究,决定了最终的稳定性。

而风电机就放在其中的一个圆柱上,显得不太对称,但正是这种不对称的结构,决定了它在经受风力攻击的时候,可以自行旋转,调整压载重量,从而维持住在海面上的平衡。

我国的这台漂浮式海上风电机组就是使用的半潜浮式平台,它的最大抗风能力达到了17级台风,也是全球第一台抗台风级的漂浮式海上风电机。

3//  张力腿平台

这是一种风险和利润并存的方式,它的平台是三、四或五臂构成的星型几何形状,通过特殊的结构产生远大于自重的浮力,即使不需要安装风力涡轮机,也可以达成平衡。

这种方式虽然已经有理念,但主要是用在海洋油气开发工程之上,尚未在海上风电领域有具体的运用。

海上风电中,漂浮式风机无疑是最先进的,因为它可以安装在固定式风电机到不了的深度,因为后者需要海床作为基础,最多只能在30米的水深下进行安装,而漂浮式可安装的范围达到了60~300米之间。

此外,漂浮式风电场的大多数工序,如制造、组装等,都可以在港口完成,之后只需要用拖船和电缆敷设船将它运到指定位置即可,节省了一大笔成本。

神泉“神速”助力碳达峰

6月3日,随着中国能建广东火电“能建广火001”自升式海上风电安装平台将7号风机叶片轮毂与机舱在百米高空精准对接,由中国能建广东院EPC总承包建设的国家电投揭阳神泉二海上风电项目首台风机顺利完成吊装,同时该项目11兆瓦风机首桩也完成了沉桩作业,为冲刺年底全容量并网打下坚实基础。

神泉二项目是我国首批海上风电平价上网发电项目之一,也是“十四五”时期粤东地区首个核准的海上风电项目。场址位于广东省揭阳市惠来县神泉镇南面海域,总装机容量为502兆瓦,该项目建成后,每年可提供清洁电能17.43亿千瓦时,与同等规模燃煤电厂相比,每年可节省标煤消耗约52.73万吨,减少二氧化碳排放140.29万吨,将大力推动粤东千万千瓦级海上风电基地建设,助力实现碳达峰碳中和目标。

作为我国首个开工建设的单机容量在10兆瓦级以上的海上风电项目,神泉二项目在单桩沉桩和风机吊装工序方面均进行了创新优化,为我国大机型海上风电建设积累经验。此次“能建广火001”安装的风力发电机组为明阳新一代海上风电大兆瓦机型,是目前国内量产轮毂中心标高最高的海上风力发电机组。

21世纪的未来就是海洋的未来,今后我国的海上风电机组如果发展起来,对于化石燃料的依赖就越来越少了,这意味着中国在实现双碳目标的路上,即将更进一步。

每张都能做屏保

航天视角看海上风力发电场

最近“吉林一号”的卫星遥感影像

让我们大呼“张张可做壁纸”

通过“吉林一号”的拍摄

大家有机会从太空视角

领略我国海上风力发电场的壮阔美景

图片鲁能江苏东台 海上风力发电场(吉林一号 宽幅01B星 拍摄于2022年3月9日)

图片河北唐山乐亭菩提岛 海上风力发电场(吉林一号 宽幅01A星 拍摄于2022年2月20日)

图片华能如东 海上风力发电场(吉林一号 宽幅01B星 拍摄于2022年2月26日)

图片国家电投大丰H3 海上风力发电场(吉林一号 宽幅01A星 拍摄于2021年11月9日)

30年前,面对达坂城千年一贯的大风,第一批中国风电人有一个朴素的梦想:在这里安装成百上千台风机。

20年前,他们的梦想变成了有生之年造出中国自己的风机,使风电设备“彻底国产化”。

今天,中国风电还实现了“走出去”的梦想。金风科技与巴西风电项目合作,远景能源中标哈萨克斯坦风电项目,明阳智能计划在英国投资建设一座叶片制造厂、一所服务中心……仅去年12月,中国风电企业就拿下了7个海外订单。

下一个10年,中国还将乘“风”破浪!

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