最清潔的能源

周軍

我國海上風(fēng)電從無到有，從探索期、培育期進(jìn)入了高速發(fā)展期。海上風(fēng)電的布局也從潮間帶、淺海，逐漸向深海、遠(yuǎn)海挺進(jìn)。截至2021年底，我國海上風(fēng)電占全球海上風(fēng)電裝機(jī)總量的48%，位居全球第一，為我國綠色低碳的新能源發(fā)展闖出一條新路。

全球海上風(fēng)電起源于歐洲，迄今已有約30年的歷史。全球風(fēng)能理事會發(fā)布的《全球風(fēng)能報(bào)告2022》顯示，2021年，全球海上風(fēng)電新增裝機(jī)容量同比增長兩倍，創(chuàng)歷史最大增幅。為應(yīng)對氣候變化，各國都在能源結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式上尋求變革。

大海到底有何魔力，吸引各國爭相將大風(fēng)車樹立在蔚藍(lán)的海面上？與陸上建設(shè)風(fēng)電場相比，海上風(fēng)能資源豐富、儲量大，可集中連片大規(guī)模開發(fā)。而且，海上的風(fēng)資源稟賦好、風(fēng)速大、功率密度高。更為關(guān)鍵的是，風(fēng)電場的建設(shè)需要大量的空間場地，海洋面積廣闊，沒有地表障礙物限制，可不斷向遠(yuǎn)海深海開拓。

在我國，發(fā)展海上風(fēng)電有特別的優(yōu)勢。我國海上風(fēng)電資源豐富，相比于陸上風(fēng)電資源，其到達(dá)沿海等高能源需求地區(qū)的距離短、成本低，適合大規(guī)模開發(fā)。福建、浙江、山東、江蘇、廣東等用電大省，正好都是沿海地區(qū)。

我國擁有1.8萬多千米的大陸海岸線，海上風(fēng)資源開發(fā)潛力巨大。如今，我國新增海上風(fēng)電規(guī)模已位居全球第一，成為全球最重要的海上風(fēng)電市場之一。

然而，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)從陸地走向海洋絕非易事：首先是自然環(huán)境更為復(fù)雜。在陸地上架設(shè)風(fēng)機(jī)只需考慮風(fēng)載荷的影響，但在海上，風(fēng)機(jī)遭遇的環(huán)境載荷來自風(fēng)、浪、流的聯(lián)合作用。南方沿海臺風(fēng)頻發(fā)，渤海冬季海冰入侵，對風(fēng)機(jī)和基礎(chǔ)的強(qiáng)度與疲勞性能提出了更高要求。此外，高濕、高鹽的環(huán)境會加劇葉片的腐蝕，不光會導(dǎo)致發(fā)電量的下降，嚴(yán)重時(shí)還會損毀風(fēng)機(jī)設(shè)備。

海底地形、地質(zhì)較為復(fù)雜，特別是東海、南海海域海底起伏陡峭、遍布礁石及孤石，有的裸巖堅(jiān)硬如鐵，對工程施工提出了嚴(yán)苛的要求。面對復(fù)雜的海洋環(huán)境，只有大力推進(jìn)科技創(chuàng)新，才能實(shí)現(xiàn)風(fēng)力資源的高效利用。

此前，我國在海洋工程上發(fā)展的漂浮式平臺技術(shù)主要針對油氣開采，無論是海下水深、承擔(dān)載荷、安全系數(shù)以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都與海上風(fēng)電的漂浮式平臺有很大差別。而且國際規(guī)范的適用性不足，因此盡管歐洲等國家的漂浮式技術(shù)與建造經(jīng)驗(yàn)相對成熟，卻并不完全適用于我國的海上漂浮式風(fēng)電建設(shè)。

遙遠(yuǎn)的海上風(fēng)場，怎樣將電送上岸？

在所有海域鋪設(shè)海纜不可行。如果大規(guī)模開發(fā)、遠(yuǎn)距離輸送，海纜的成本將很難負(fù)擔(dān)得起，海域的建設(shè)更不允許。中國“御風(fēng)人”想到一個(gè)辦法：建設(shè)“海纜路由”——海上換流站，用柔性直流將電從遠(yuǎn)方送來。

在江蘇如東離岸50千米的黃沙洋海域，行船遠(yuǎn)眺，高度約15層樓的海上換流站穩(wěn)穩(wěn)地立在大海上，向過往的船舶凸顯著存在感。而在海底，一根根海纜正深埋在淤泥海床下，將海上風(fēng)電場的電能匯聚于此，再通過換流站轉(zhuǎn)換為損耗更低的直流電后，送至陸上。如果簡單地將直流與交流相比，同樣斷面的線纜，直流可以多輸送4倍電能，成本下降的同時(shí)還可以減少工程對海域的干擾與占用。

電網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，控制好電壓和頻率兩項(xiàng)指標(biāo)至關(guān)重要。它們相當(dāng)于一個(gè)人的血壓和心率。柔性直流不僅輸送電能，還能調(diào)節(jié)電壓。它的應(yīng)用就像人有了強(qiáng)健的心臟和血管，能很好地控制心率和血壓。

就成套設(shè)備而言，我國海上風(fēng)電現(xiàn)有的運(yùn)維船舶更適合距離海岸較近的風(fēng)電場作業(yè)，且運(yùn)載能力有限。隨著海上風(fēng)電場離岸距離的增加，船舶的油耗成本、承載能力以及對抗惡劣天氣的能力都將限制其在運(yùn)維作業(yè)中的應(yīng)用。因此，未來急需加速制造更多更適合我國海上風(fēng)電運(yùn)維的專業(yè)化船舶并投入使用。

浩瀚海洋，風(fēng)起電至。中國的大風(fēng)車在更廣闊的海域安家落戶，繼續(xù)著變海風(fēng)為能源的努力。