風(fēng)從海上來(lái) 綠電入萬(wàn)家

李漢龍

能源是人類(lèi)生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的原動(dòng)力。在當(dāng)今世界的能源結(jié)構(gòu)中，人類(lèi)消耗的主要是煤炭、石油、天然氣等化石能源。隨著全球能源消費(fèi)需求飛漲，化石能源被大規(guī)模開(kāi)發(fā)使用，產(chǎn)生的二氧化碳等溫室氣體的大量排放，導(dǎo)致全球氣候變暖，引發(fā)氣候的極端變化。為應(yīng)對(duì)氣候變化，人類(lèi)必須另辟蹊徑，積極尋求能夠替代化石能源的新能源和可再生能源，逐步擺脫對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴(lài)。

從“黑金”到風(fēng)力，能源一直在進(jìn)化

回顧利用能源的進(jìn)化史，人類(lèi)經(jīng)歷了從低級(jí)到高級(jí)、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從小量到大量的過(guò)程，先后走過(guò)了以柴薪為主、煤炭為主、石油和天然氣為主的時(shí)期，正邁入以水能、風(fēng)能、核能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等新能源廣泛利用的時(shí)代。煤炭、石油等，都是“一次能源”或稱(chēng)“天然能源”，它們存在于自然界中。而由“一次能源”轉(zhuǎn)化和形成的電力、汽油、柴油、液化氣等能源被稱(chēng)為“二次能源”或“人工能源”，在當(dāng)今的人類(lèi)社會(huì)使用更加廣泛。

其中，電力是現(xiàn)在人類(lèi)最常用和最重要的“二次能源”，它可以非常方便地轉(zhuǎn)化成機(jī)械能、熱能、化學(xué)能等其他形式的能量供人類(lèi)使用。電力的神奇應(yīng)用正在日新月異地改變著世界，讓許多曾經(jīng)令人神往的幻想，一個(gè)一個(gè)地變成了現(xiàn)實(shí)。當(dāng)前，電力已經(jīng)是人類(lèi)現(xiàn)代文明的支柱，其應(yīng)用程度成了衡量一個(gè)國(guó)家發(fā)展水平的主要標(biāo)志之一。

火力發(fā)電是歷史最悠久的，也是當(dāng)今世界各國(guó)所采用的最重要發(fā)電方式，包括燃煤發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電等。燃煤發(fā)電通過(guò)在鍋爐中燃燒煤炭等燃料，產(chǎn)生熱能并將水加熱，使水變成高溫、高壓的水蒸氣，然后由水蒸氣驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)來(lái)發(fā)電。

據(jù)中國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局信息顯示，2021年以煤炭作為主要燃料的火力發(fā)電量依然占據(jù)我國(guó)發(fā)電總量的首位，為57702.7億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)8.4%，約為我國(guó)社會(huì)發(fā)電量的71.13%。其中，廣東省的火力發(fā)電量以4628.8億千瓦時(shí)，排在山東省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、江蘇省之后。

火力發(fā)電在給人類(lèi)創(chuàng)造巨大社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也產(chǎn)生了一些環(huán)境問(wèn)題。作為碳排放的最大單一來(lái)源，煤炭仍是世界最為常見(jiàn)的一次能源。以煤為主是我國(guó)的基本國(guó)情，目前我國(guó)煤炭占一次能源消費(fèi)57%，煤炭發(fā)電量占約60%，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)安全發(fā)展至關(guān)重要。我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰必須立足這個(gè)實(shí)際，做好煤炭清潔高效利用的同時(shí)，發(fā)展可再生能源，推動(dòng)煤炭和新能源優(yōu)化組合，增加新能源消納能力。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類(lèi)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，新能源浪潮也正在重新塑造著電力工業(yè)，使得電力工業(yè)在可持續(xù)發(fā)展與安全環(huán)保領(lǐng)域謀求新的出路。作為近三十年間迅速發(fā)展并不斷成熟、具有大規(guī)模發(fā)展?jié)摿Φ娘L(fēng)能發(fā)電，在未來(lái)有可能成為化石燃料的重要替代能源。與化石燃料不同的是，風(fēng)能是一種儲(chǔ)藏量很大的、清潔的、可再生的新型能源。利用這種清潔能源來(lái)進(jìn)行發(fā)電，能夠使環(huán)境污染降至最低，也使人類(lèi)的健康和地球上其他生命免受不良影響。

從陸地到海洋，風(fēng)電推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型

太陽(yáng)持續(xù)照射地球，向地球表面穩(wěn)定地輸送光和熱。但是地球表面有陸地、海洋以及山川、森林、沙漠等各種地形，造成各處地形環(huán)境接受到的太陽(yáng)光熱不均勻，引起大氣層中壓力的分布也不均勻，從而使空氣沿著水平方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而形成了強(qiáng)大的動(dòng)能，這就是風(fēng)能。風(fēng)能的利用就是將流動(dòng)空氣擁有的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。

科學(xué)家們?cè)烙?jì)，雖然到達(dá)地球的太陽(yáng)能中只有大約2%轉(zhuǎn)化成風(fēng)能，但是其總量仍然非?？捎^。根據(jù)世界氣象組織估算，全球風(fēng)能約為2.74×109兆瓦，其中可利用的風(fēng)能為2×107兆瓦，它比地球上可開(kāi)發(fā)利用的水能總量還要大10倍，相當(dāng)于10800億噸標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生的能量。全世界每年燃燒煤炭獲得的能量，還不到風(fēng)力在同一時(shí)間內(nèi)提供給人類(lèi)的能量的1%?？梢?jiàn)，風(fēng)能是非常豐富且重要的能源之一。合理利用風(fēng)能，既可以減少環(huán)境污染，又可緩解能源短缺的壓力。

人類(lèi)對(duì)風(fēng)能的利用有著漫長(zhǎng)的歷史，世界上最早利用風(fēng)能的記載可以追溯到公元前的古埃及、古巴比倫和中國(guó)。公元前2世紀(jì)，古波斯人就利用垂直軸風(fēng)車(chē)碾米;公元10世紀(jì)，伊斯蘭人用風(fēng)車(chē)提水;11世紀(jì)，風(fēng)車(chē)在中東已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用;13世紀(jì)，風(fēng)車(chē)傳至歐洲;14世紀(jì)，風(fēng)車(chē)已成為歐洲不可缺少的原動(dòng)機(jī)，其中荷蘭先將風(fēng)車(chē)用于低濕地的汲水，后又用于榨油和鋸木。此后，由于蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，歐洲風(fēng)車(chē)數(shù)目才急劇下降。在中國(guó)，人們很早就學(xué)會(huì)了利用風(fēng)力進(jìn)行提水、灌溉、磨面、鋸木、舂米和推動(dòng)船舶前進(jìn)等。宋代更是中國(guó)應(yīng)用風(fēng)車(chē)的全盛時(shí)代，當(dāng)時(shí)流行的垂直軸風(fēng)車(chē)一直沿用至今。

雖然地球上的風(fēng)能資源十分豐富，但是風(fēng)能資源受地形的影響較大，世界風(fēng)能資源多集中在開(kāi)闊大陸的收縮地帶和沿海地區(qū)。我國(guó)風(fēng)能資源豐富，可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約10億千瓦。其中，陸地上風(fēng)能儲(chǔ)量約2.53億千瓦（按陸地上離地10米高度資料計(jì)算），海上可開(kāi)發(fā)和利用的風(fēng)能儲(chǔ)量約7.5億千瓦，遠(yuǎn)超可利用水能資源的3.78億千瓦。

與其他能源相比，風(fēng)能發(fā)電對(duì)環(huán)境的影響小，無(wú)須使用燃料，也不會(huì)帶來(lái)空氣污染的問(wèn)題;風(fēng)電工程建設(shè)周期短，從開(kāi)工到投產(chǎn)一般僅需兩年左右;風(fēng)能是永久性的本地資源，資源豐富，運(yùn)輸成本低，能保證長(zhǎng)期穩(wěn)定供應(yīng);風(fēng)電對(duì)人力資源要求也簡(jiǎn)單，有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)能持續(xù)工作數(shù)十年，而僅需少量人員進(jìn)行維護(hù)及監(jiān)控。很多專(zhuān)家認(rèn)為，從技術(shù)成熟度及經(jīng)濟(jì)可行性看，風(fēng)能發(fā)電最具競(jìng)爭(zhēng)力，它將成為新能源的主角。

沿海地區(qū)是全球陸上風(fēng)資源最為豐富的區(qū)域，其主要特點(diǎn)是風(fēng)速大、有效小時(shí)數(shù)長(zhǎng)、分布范圍廣。隨著陸上風(fēng)資源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用，海上風(fēng)電更憑借風(fēng)資源持續(xù)穩(wěn)定、風(fēng)速高、發(fā)電量大、不占用土地資源等以及海上風(fēng)電靠近經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，距離電力負(fù)荷中心近，風(fēng)電并網(wǎng)和消納容易等優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越得到各國(guó)的青睞。我國(guó)沿海省份工業(yè)發(fā)達(dá)、耗電量大，但缺少傳統(tǒng)能源，電力供應(yīng)始終難以完全滿(mǎn)足需求。因此，沿海各省市近年來(lái)競(jìng)相發(fā)展海上風(fēng)電，將風(fēng)能發(fā)電確定為發(fā)展可替代能源的主要方向。

從全球到廣東，海上風(fēng)電高速發(fā)展

海上風(fēng)電是將海上風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電方式，利用海上風(fēng)能發(fā)電的發(fā)電廠稱(chēng)為海上風(fēng)電場(chǎng)。中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中國(guó)能建廣東院”）副總工程師、風(fēng)能技術(shù)中心主任周冰介紹：“隨著海上風(fēng)電場(chǎng)走向深遠(yuǎn)海，采用柔性直流輸電方式進(jìn)行海上送出的海上風(fēng)電場(chǎng)將越來(lái)越多。采用柔性直流送出的海上風(fēng)電場(chǎng)主要由海上風(fēng)電機(jī)組、集電海纜、海上升壓站、海上換流站、高壓送出海纜和陸上換流站等幾部分組成。海上風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的電能通過(guò)集電海纜匯集接入海上升壓站，升壓后通過(guò)高壓送出海纜接入海上換流站變換為直流電能，通過(guò)高壓直流海纜送至陸上換流站后變換為交流電后接入電網(wǎng)。”

據(jù)了解，海上風(fēng)電的發(fā)展起步于歐洲，世界上第一個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)是丹麥Vindeby海上風(fēng)電場(chǎng)，于1991年實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。至2000年底，全球僅有8個(gè)小型海上風(fēng)電項(xiàng)目，2001年起，歐洲海上風(fēng)電進(jìn)入商業(yè)化示范性建設(shè)階段，尤其是近10年來(lái)，歐洲海上風(fēng)電市場(chǎng)保持著高速增長(zhǎng)。根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)（GWEC）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年，全球海上風(fēng)電新增并網(wǎng)量達(dá)到2110萬(wàn)千瓦，創(chuàng)下歷史新高，全球海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)量達(dá)到5700萬(wàn)千瓦，同比上漲了7%。

我國(guó)海上風(fēng)電起步較晚，國(guó)內(nèi)第一個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)——上海東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)于2005年啟動(dòng)建設(shè)，2010年建成投產(chǎn)。從2016年開(kāi)始，我國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)始了高速發(fā)展。國(guó)家能源局的數(shù)據(jù)顯示，2021年全國(guó)新增海上風(fēng)電裝機(jī)1690萬(wàn)千瓦，累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到2638萬(wàn)千瓦，躍居世界第一。

“廣東省海上風(fēng)電起步于2009年，根據(jù)《國(guó)家能源局關(guān)于印發(fā)海上風(fēng)電場(chǎng)工程規(guī)劃工作大綱的通知》，廣東省發(fā)展和改革委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“省發(fā)改委”）組織開(kāi)展了廣東省海上風(fēng)電場(chǎng)工程規(guī)劃編制工作。2012年8月，在省發(fā)改委的指導(dǎo)下，中國(guó)能建廣東院編制的《廣東省海上風(fēng)電場(chǎng)工程規(guī)劃》獲取批復(fù)并正式印發(fā)，成為我國(guó)首個(gè)獲得國(guó)家能源局批準(zhǔn)的省級(jí)海上風(fēng)電規(guī)劃報(bào)告。2014年12月，國(guó)家能源局印發(fā)了《全國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)建設(shè)方案（2014—2016）》，方案包括了廣東省的珠海桂山、湛江外羅、陽(yáng)江沙扒、陽(yáng)江南鵬島等項(xiàng)目?！比珖?guó)工程勘察設(shè)計(jì)大師、中國(guó)能建廣東院總經(jīng)理彭雪平向筆者介紹說(shuō)：“‘十三五’以來(lái)，廣東省奮起直追，有序推進(jìn)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展?！?/p>

2018年4月，廣東省首個(gè)海上風(fēng)電示范項(xiàng)目——珠海桂山一期海上風(fēng)電場(chǎng)示范項(xiàng)目首批風(fēng)機(jī)并網(wǎng)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了海上風(fēng)電并網(wǎng)“零的突破”。截至2021年底，全省海上風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量約650萬(wàn)千瓦，占全國(guó)的24.6%，位居全國(guó)第二。展望“十四五”，廣東省計(jì)劃新增海上風(fēng)電裝機(jī)容量約1700萬(wàn)千瓦，建成一批世界一流的海上風(fēng)電基地，促進(jìn)能源綠色轉(zhuǎn)型，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。