今年年底，我國將正式進(jìn)入浮式海上風(fēng)電項(xiàng)目示范階段。2021年將是我國浮式海上風(fēng)電發(fā)展元年，也代表著我國海上風(fēng)電逐步摸索步入“深遠(yuǎn)海”海域。

發(fā)展深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電場的必要性

按照國際通用慣例以及實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，對于海上風(fēng)電，一般認(rèn)為水深大于50米為深海風(fēng)電，場區(qū)中心離岸距離大于70千米為遠(yuǎn)海風(fēng)電。

圖1 海上風(fēng)電平均水深和離岸距離預(yù)測

1、歐洲在深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的引領(lǐng)作用

歐洲仍然是深遠(yuǎn)海域海上風(fēng)電領(lǐng)域的先行者，多個(gè)海上風(fēng)電強(qiáng)國已在深遠(yuǎn)海域進(jìn)行布局。例如，英國的Hornsea One風(fēng)電場、德國的Hohe See風(fēng)電場、Albatros風(fēng)電場、Sandbank風(fēng)電場等離岸超過100千米；Hywind風(fēng)電場、Windfloat風(fēng)電場水深超過100米，尤其是Hywind風(fēng)電場部分水深甚至超過200米。

圖2 英國Hywind深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電場

2、我國近海資源趨近飽和

雖然我國海岸線長，可利用海域面積較廣，海上風(fēng)力資源儲(chǔ)備豐富。近年來，在能源轉(zhuǎn)型壓力的推動(dòng)下，海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，目前已開展前期工作與建設(shè)的近海資源趨近飽和。

3、深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電受限較少

隨著海上風(fēng)電技術(shù)的不斷成熟，開發(fā)規(guī)?；某遍g帶及近海風(fēng)電場已不存在技術(shù)制約，但其會(huì)受到用海緊張的影響，并會(huì)對生態(tài)環(huán)境、漁場、航線產(chǎn)生影響，這對近海海域風(fēng)電場的建設(shè)和發(fā)展存在一定程度的制約。而深遠(yuǎn)海域更廣、風(fēng)能資源更豐富，且不會(huì)與近海養(yǎng)殖、漁業(yè)捕撈、運(yùn)輸航線等發(fā)生沖突。

4、深遠(yuǎn)海風(fēng)速更高、開發(fā)潛力巨大

據(jù)了解，50米以上水深的海洋風(fēng)資源占據(jù)總資源比例大，在歐洲、日本，這一比例高達(dá)80%，在中國、美國，這一比例高于60%。充分發(fā)掘豐富的深遠(yuǎn)海海上風(fēng)能資源，有助于加快沿海省份能源轉(zhuǎn)型。我國沿海省份經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，總耗能約占全國的一半且用能仍以化石能源為主，減排壓力大，能源結(jié)構(gòu)亟須調(diào)整。依靠加速開發(fā)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電，可以有效推進(jìn)沿海地區(qū)的能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。

深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電與浮式海上風(fēng)電
從長遠(yuǎn)來看，海上風(fēng)電從潮間帶、近海走向深遠(yuǎn)海域是必然趨勢。由于浮式海上風(fēng)電具有可擺脫海底地質(zhì)條件束縛、不受水深限制等優(yōu)勢，將成為未來深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電領(lǐng)域重要的發(fā)展方向。歐洲是浮式海上風(fēng)電發(fā)展的中心，占全球裝機(jī)容量的一半以上。

目前我國浮式海上風(fēng)電發(fā)展處于初級階段，首批4個(gè)浮式海上風(fēng)電項(xiàng)目計(jì)劃于今年年底前安裝完成并試運(yùn)行。其中，中國海裝承擔(dān)的位于瓊州海峽東口的徐聞羅斗沙海域的風(fēng)電項(xiàng)目是目前國內(nèi)唯一水深超過50米的海上風(fēng)電項(xiàng)目，水深達(dá)63米，采用“H152-6.2兆瓦（MW）抗臺(tái)型Ⅰ類風(fēng)電機(jī)組+帶有下浮體的半潛型浮式風(fēng)電平臺(tái)+懸鏈線式系泊”的裝備總體方案。風(fēng)電機(jī)組計(jì)劃于今年9月下線，浮體計(jì)劃于10月下水。

發(fā)展深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電面臨的挑戰(zhàn)

1管理體系不完善

目前，尚沒有適用于深遠(yuǎn)海區(qū)域海上風(fēng)電的建設(shè)運(yùn)維管理辦法，在深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電補(bǔ)貼政策、財(cái)稅優(yōu)化政策等方面沒有出臺(tái)相關(guān)政策?，F(xiàn)行的政策、管理辦法未對深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電的特殊性設(shè)置專門的管理要求，也未對深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電用?；顒?dòng)管理出臺(tái)專門的管理政策，存在政策真空區(qū)。“十三五”以來，我國海上風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模持續(xù)增長，海上風(fēng)電向深遠(yuǎn)海發(fā)展已是被公認(rèn)的發(fā)展趨勢，建立健全深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電管理體系對加快深遠(yuǎn)海資源的規(guī)劃和開發(fā)具有重要意義。

例如，國家能源局應(yīng)盡快開展我國深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電規(guī)劃，建立健全深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電管理體系，出臺(tái)適用于深遠(yuǎn)海區(qū)域海上風(fēng)電的建設(shè)管理辦法；財(cái)政部、國家發(fā)改委和國家能源局應(yīng)出臺(tái)針對深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電補(bǔ)貼政策、財(cái)稅優(yōu)化政策等，促進(jìn)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電健康快速發(fā)展?？煽紤]根據(jù)離岸距離和水深確定深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)。此外，國家能源局應(yīng)加大深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新支持力度，推動(dòng)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電實(shí)現(xiàn)平價(jià)化可持續(xù)健康發(fā)展。

2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完善

海上浮式風(fēng)電裝備作為海上風(fēng)機(jī)與浮式海洋平臺(tái)相結(jié)合而形成的一種新型發(fā)電裝備，需要對風(fēng)力發(fā)電和海洋工程兩大領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)行深度融合，目前相關(guān)規(guī)范已初步推出，如CCS已編制完成《海上浮式風(fēng)機(jī)平臺(tái)指南》，涵蓋柱穩(wěn)式（半潛式）、張力腿式（TLP）、深吃水單立柱式（SPAR）等目前常見的支撐結(jié)構(gòu)型式，充分考慮了無人值守，事故后果不會(huì)造成重大海洋環(huán)境污染，浮式風(fēng)電場具有大范圍、大規(guī)模陣列排布特點(diǎn)等因素。但是，針對深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電和浮式海上風(fēng)電的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和檢測認(rèn)證體系上尚未成熟，對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的完善迫在眉睫。

3成本高昂

浮式海上風(fēng)電比位于近海、淺海的固定式海上風(fēng)電的成本更高。浮式海上風(fēng)電場遠(yuǎn)離海岸，受到嚴(yán)酷海洋環(huán)境的影響大，對相關(guān)裝備安全性、可靠性、大型化的要求更高，電網(wǎng)連接和電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的要求更高，這均導(dǎo)致其初期成本高昂。而遠(yuǎn)離海岸、天氣和海況因素影響加劇等也導(dǎo)致中期、后期安裝及運(yùn)維成本的大幅增加。同時(shí)，隨著浮式海上風(fēng)電場離岸更遠(yuǎn)、水域更深，海上風(fēng)機(jī)尺寸更大，與之相關(guān)的安裝運(yùn)維裝備也需要不斷升級，而這種升級必然帶來成本的成倍增長。這使得浮式海上風(fēng)電的盈利成為一個(gè)較大的難題。

根據(jù)目前建設(shè)條件和技術(shù)水平，在平價(jià)條件下，近海僅有少量風(fēng)電項(xiàng)目具備經(jīng)濟(jì)開發(fā)價(jià)值。深遠(yuǎn)海雖然風(fēng)資源條件相對較好，但工程造價(jià)遠(yuǎn)高于近海海上風(fēng)電，尚無政策支持情況下暫不具備經(jīng)濟(jì)開發(fā)價(jià)值。

然而，由于深遠(yuǎn)海風(fēng)能豐富，未來可實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模發(fā)電，在減碳大業(yè)中扮演更為重要的角色，其值得得到相關(guān)政府的支持和培育，以及企業(yè)的長期投入。另外，雖然短期來看成本很高，但更大規(guī)模的市場也更容易實(shí)現(xiàn)成本的降低，并最終實(shí)現(xiàn)平價(jià)和盈利。因此，有減碳需求的國家、有戰(zhàn)略眼光的企業(yè)應(yīng)盡早布局，積極進(jìn)入。

4關(guān)鍵技術(shù)復(fù)雜

深遠(yuǎn)海域的海上風(fēng)電場建設(shè)條件的復(fù)雜程度、技術(shù)難度、工程投資等均與近海風(fēng)電場不同，所涉及的技術(shù)領(lǐng)域更加廣泛，需要對風(fēng)機(jī)設(shè)備、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、施工與安裝、電力輸送、風(fēng)場監(jiān)測等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，并通過樣機(jī)風(fēng)場的建設(shè)、試驗(yàn)和研究，為后續(xù)大規(guī)模開發(fā)深遠(yuǎn)海域海上風(fēng)電場提供可靠的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

初步梳理需考慮的關(guān)鍵技術(shù)及工程難題包括：

1、風(fēng)能資源準(zhǔn)確評估及優(yōu)化布局

在優(yōu)化研究近海實(shí)體海上測風(fēng)塔的同時(shí)，需加強(qiáng)國內(nèi)外雷達(dá)測風(fēng)設(shè)備的研究，形成深遠(yuǎn)海域風(fēng)能資源測量標(biāo)準(zhǔn)和移動(dòng)測風(fēng)設(shè)備應(yīng)用導(dǎo)則，同時(shí)兼顧風(fēng)電場運(yùn)行期間的風(fēng)功率預(yù)測系統(tǒng)。

2、大型風(fēng)電機(jī)組性能研究與應(yīng)用

風(fēng)電機(jī)組是海上風(fēng)電的核心，深遠(yuǎn)海域海上風(fēng)電場所采用的風(fēng)電機(jī)組一般考慮符合大容量、高可靠性等性能要求，同時(shí)應(yīng)滿足國產(chǎn)化自主可控要求。

3、浮式風(fēng)電總體設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

浮式風(fēng)電裝備總體設(shè)計(jì)面臨海洋平臺(tái)與風(fēng)電機(jī)組的跨界難題，例如，從“海洋裝備”的角度理解浮式風(fēng)電。利用海洋工程裝備領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)理念、指導(dǎo)思想去設(shè)計(jì)浮式風(fēng)電，同時(shí)兼顧考慮風(fēng)電裝備的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和開發(fā)規(guī)范等。在此，風(fēng)電機(jī)組不能再簡單地視做一般結(jié)構(gòu)物，因?yàn)橐话憬Y(jié)構(gòu)物通常是靜態(tài)并且采用減少風(fēng)載影響設(shè)計(jì)，而風(fēng)電機(jī)組與之相反，需要主動(dòng)捕捉較大風(fēng)載，需在浮式風(fēng)電總體設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮風(fēng)載的影響。此外，建議從一體化仿真與一體化設(shè)計(jì)協(xié)同的新思路，解決浮式風(fēng)電裝備成本、性能、可靠性三個(gè)關(guān)鍵要素平衡性難題。

4、海上升壓站及長距離輸電技術(shù)

深遠(yuǎn)海域風(fēng)電場離岸距離遠(yuǎn)，海上輸變電系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。海上升壓變電站是風(fēng)電場的樞紐節(jié)點(diǎn)工程，既有變電站的工程特征，又具有海上構(gòu)筑物的工程特征，需分析其本質(zhì)特征和要求，才能解決安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用等問題。

隨著海上風(fēng)機(jī)的大型化發(fā)展、風(fēng)場區(qū)域的不斷擴(kuò)大及柔性直流輸電技術(shù)的進(jìn)步，深遠(yuǎn)海全直流型風(fēng)電場將成為發(fā)展趨勢。全直流風(fēng)場的發(fā)電規(guī)模將達(dá)到400～1000MW，采用30～60kV的匯流電壓和±320kV左右的輸電電壓。涉及到的相關(guān)技術(shù)問題包括：風(fēng)電場的組網(wǎng)方式、風(fēng)電機(jī)組電力的直流變換與控制、直流升壓變換與海上直流升壓站的控制、岸上換流站的并網(wǎng)控制、直流風(fēng)場的故障隔離與保護(hù)等。

結(jié)語

深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電場是極具活力的新興產(chǎn)業(yè)，但未來之路要走得順暢，還需全產(chǎn)業(yè)鏈共同努力，解決管理體系不成熟、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完善、成本高昂等難題。