近年來(lái)，我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展成績(jī)斐然，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示，截至2021年6月底，我國(guó)海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)1113.4萬(wàn)千瓦。有機(jī)構(gòu)和媒體預(yù)測(cè)，2021年中國(guó)海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量大概率可超過(guò)英國(guó)，位居全球第一。然而2022年，我國(guó)海上風(fēng)電的中央財(cái)政補(bǔ)貼將全部取消，給“十四五”時(shí)期的產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)一定不確定性。

 

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

 

東方電氣風(fēng)電有限公司研發(fā)中心副主任李源對(duì)此表示，漂浮式風(fēng)電是向深遠(yuǎn)海發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，隨著技術(shù)成熟，其經(jīng)濟(jì)性會(huì)越來(lái)越好。在平價(jià)時(shí)代，漂浮式+海洋牧場(chǎng)+海上制氫，打造海洋生態(tài)圈是未來(lái)方向。

 

那么，在眾多海上風(fēng)電開(kāi)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(chǎng)是充分利用海洋的自然生產(chǎn)力，在特定海域科學(xué)培育和管理漁業(yè)資源的人工漁場(chǎng)，是目前海洋經(jīng)濟(jì)最成熟的發(fā)展業(yè)態(tài)之一。近年來(lái)，我國(guó)已完成覆蓋渤海、黃海、東海與南海四大海域的86個(gè)國(guó)家級(jí)海洋牧場(chǎng)示范區(qū)建設(shè)；計(jì)劃到2025年將建成178個(gè)國(guó)家級(jí)海洋牧場(chǎng)示范區(qū)。

 

優(yōu)異的發(fā)展成績(jī)背后，仍存在一定挑戰(zhàn)。一方面，海洋牧場(chǎng)的供電難與供電不足問(wèn)題，導(dǎo)致大型現(xiàn)代化牧場(chǎng)增養(yǎng)殖設(shè)備、資源環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備等無(wú)法使用、維持，生產(chǎn)效率較低；另一方面，海洋牧場(chǎng)僅水下部分空間通過(guò)增養(yǎng)殖得以開(kāi)發(fā)，水上空間無(wú)法得到有效利用，不利于海洋資源的立體開(kāi)發(fā)。

 

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

 

在荷蘭OWEZ公司海上風(fēng)電場(chǎng)，科研人員以底棲生物、魚類、鳥類和海洋哺乳動(dòng)物多樣性為評(píng)價(jià)對(duì)象，通過(guò)2年實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)該風(fēng)電場(chǎng)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(fēng)電機(jī)組樁基和半潛式平臺(tái)時(shí)，迎流面會(huì)產(chǎn)生上升流，隨上升流上涌的底層營(yíng)養(yǎng)鹽與表層海水充分交換，促進(jìn)各種浮游植物生長(zhǎng)，從而誘集各類海洋生物前來(lái)索餌，形成高度復(fù)雜的食物鏈。同時(shí)，海水背流面會(huì)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(chǎng)與海上風(fēng)電融合發(fā)展可謂“有百利而無(wú)一害”，是未來(lái)集約節(jié)約用海的新型產(chǎn)業(yè)模式。

 

“海洋牧場(chǎng)與海上風(fēng)電融合技術(shù)要進(jìn)行示范、先導(dǎo)，對(duì)海洋牧場(chǎng)的肌理和海上風(fēng)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(tái)。”寧巧珍談道。

 

目前已有大量“海上風(fēng)電+海洋牧場(chǎng)”示范項(xiàng)目在推進(jìn)。例如，以德國(guó)、荷蘭、比利時(shí)、挪威等為代表的歐洲國(guó)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(jī)組基礎(chǔ)上進(jìn)行試點(diǎn)研究；以韓國(guó)為代表的亞洲國(guó)家則于2016年開(kāi)展了海上風(fēng)電與海水養(yǎng)殖結(jié)合項(xiàng)目，使雙殼貝類和海藻等在項(xiàng)目區(qū)域增加。

 

2020年3月，我國(guó)首個(gè)“海上風(fēng)電+海洋牧場(chǎng)”示范項(xiàng)目——山東昌邑市海洋牧場(chǎng)與三峽300MW海上風(fēng)電融合試驗(yàn)示范項(xiàng)目海洋勘察工程公示。2020年4月，由中廣核研究院牽頭申報(bào)的2020年省級(jí)促進(jìn)（海洋）經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展專項(xiàng)資金項(xiàng)目“漂浮式海上風(fēng)電與海洋牧場(chǎng)融合關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目完成合同簽訂。

 

相對(duì)于可期的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)該模式的項(xiàng)目數(shù)量目前仍較為有限，通過(guò)創(chuàng)新海洋牧場(chǎng)與海上風(fēng)電融合發(fā)展技術(shù)體系，構(gòu)建海洋牧場(chǎng)與海上風(fēng)電融合發(fā)展監(jiān)測(cè)體系，完善風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警防控和應(yīng)急預(yù)案管理體系，進(jìn)一步探索其他開(kāi)發(fā)模式是未來(lái)的攻關(guān)重點(diǎn)。

 

 

“Power to X”概念被提出，主要基于節(jié)約能源的考慮。比如，通過(guò)水電解及后續(xù)合成工藝，將過(guò)剩或無(wú)法送出的電力能源轉(zhuǎn)化為液態(tài)或氣態(tài)的化學(xué)能源，以便存儲(chǔ)或輸送。隨著全球加快應(yīng)對(duì)氣候變化的步伐，人們漸漸意識(shí)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(lái)沒(méi)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(diǎn)，并將經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)帶進(jìn)來(lái)。”全球風(fēng)能理事會(huì)（GWEC）海上風(fēng)電工作組主席AlastairDutton認(rèn)為。

 

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

 

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

 

以海上風(fēng)電為例，目前正在探索的制氫方案多達(dá)四種：一是將海上風(fēng)電通過(guò)電網(wǎng)傳輸?shù)礁邏弘娋W(wǎng)，再通過(guò)電網(wǎng)為電解槽供電；二是電解槽通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)專用電表獲取電力，也可以通過(guò)電網(wǎng)電表獲取電力，電解槽可建在海上平臺(tái)，也可建在陸地；三是電解槽與風(fēng)電場(chǎng)同時(shí)建造，風(fēng)電直接被輸送至電解廠；四是電解槽建在風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部或漂浮式平臺(tái)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(fēng)電場(chǎng)發(fā)電成本價(jià)獲得電力。

 

在上述模式的基礎(chǔ)上，明陽(yáng)智能進(jìn)行了進(jìn)一步探索。“以前制氫必須使用淡水，對(duì)水的純凈度要求非常高。明陽(yáng)智能發(fā)明了一項(xiàng)新的技術(shù)，利用海水制氫，使制氫成本大大降低。”明陽(yáng)智慧能源集團(tuán)股份公司總工程師賀小兵介紹說(shuō)：“如果能利用天然氣管道輸送氫到陸上，成本可進(jìn)一步降低。”目前，海上風(fēng)電制氫已可進(jìn)入規(guī)模化應(yīng)用階段。據(jù)荷蘭王國(guó)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(jìn)的一個(gè)海上風(fēng)電制氫項(xiàng)目，總裝機(jī)容量計(jì)劃在2030年與2040年分別達(dá)到4GW與10GW，項(xiàng)目本身還包括一系列制氫電解、存儲(chǔ)與輸送裝置。

 

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的風(fēng)電制氫項(xiàng)目與課題已經(jīng)超過(guò)20個(gè)，但海上風(fēng)電制氫項(xiàng)目數(shù)量較少。在未來(lái)的海上風(fēng)電制氫發(fā)展中，還需破解如風(fēng)電波動(dòng)性對(duì)于制氫設(shè)備的影響、海上風(fēng)電成本較高、儲(chǔ)存運(yùn)輸難等一系列技術(shù)與市場(chǎng)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(fēng)電，是圍繞海上風(fēng)電所構(gòu)建的一個(gè)多元化海洋利用系統(tǒng)。“一個(gè)自然島嶼或人工平臺(tái)，充當(dāng)周圍海上風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電的樞紐，并將其輸送到北海區(qū)域的各個(gè)國(guó)家”，是對(duì)能源島的早期定義。

 

“借鑒國(guó)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，海上風(fēng)電應(yīng)同海洋牧場(chǎng)、海上油氣、氫能、儲(chǔ)能等多種資源實(shí)現(xiàn)綜合開(kāi)發(fā)，融合發(fā)展。通過(guò)能源島概念，可實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電與其他資源綜合開(kāi)發(fā)的模式。”水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院新能源和軍民融合部主任趙太平認(rèn)為：“能源島的概念在國(guó)外處于推進(jìn)過(guò)程中，在我國(guó)也有相關(guān)嘗試，這是未來(lái)的一個(gè)趨勢(shì)。”

 

北海被認(rèn)為是歐洲能源供應(yīng)最重要支柱之一，早在2017年，歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)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(guó)開(kāi)發(fā)的海上風(fēng)電。由于島嶼距離風(fēng)電機(jī)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(guó)。該項(xiàng)目最初計(jì)劃建設(shè)3座島嶼，每座面積約6平方千米，設(shè)有港口、機(jī)場(chǎng)等交通設(shè)施，簡(jiǎn)易的設(shè)備生產(chǎn)裝配線，以及大型備品備件倉(cāng)庫(kù)。島上還配備辦公室和住宅，滿足專業(yè)團(tuán)隊(duì)的日常需求。這使得海上風(fēng)電的運(yùn)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(fēng)電的變流、傳輸和制氫樞紐，這項(xiàng)名為聯(lián)合體北海風(fēng)電樞紐的項(xiàng)目得到了諸多機(jī)構(gòu)與企業(yè)支持，其總規(guī)劃支持目標(biāo)由最初的100GW增至180GW。截至目前，聯(lián)合體北海風(fēng)電樞紐是啟動(dòng)最早、設(shè)計(jì)最完善的能源島項(xiàng)目，預(yù)計(jì)將于2030年至2050年間建成。

 

若是進(jìn)一步延伸對(duì)能源島的定義，我國(guó)其實(shí)已經(jīng)在推進(jìn)相關(guān)工作。2020年8月14日，推進(jìn)海南全面深化改革開(kāi)放領(lǐng)導(dǎo)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(jī)構(gòu)研究，為了充分發(fā)揮能源島作用，擴(kuò)大海上風(fēng)電集群效應(yīng)，各國(guó)在政策法規(guī)、計(jì)劃等方面還需要實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步兼容。

 

無(wú)論是海洋牧場(chǎng)、“Power to X”，還是能源島，都為海上風(fēng)電的模式創(chuàng)新給出了更多選擇，為風(fēng)電與其他產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步融合發(fā)展，描繪出可期的圖景。通過(guò)未來(lái)的跨界、貫通與融合，風(fēng)電將與各行各業(yè)碰撞出越來(lái)越多的多元化創(chuàng)新火花，并無(wú)時(shí)無(wú)刻地展現(xiàn)出自身價(jià)值，真正成為向國(guó)民生產(chǎn)、社會(huì)生活提供無(wú)窮動(dòng)力的主體能源。