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国内首台!下海!

2022.06.16 中国能源报 李丽旻

  近日,国内首台深远海浮式风电装备“扶摇号”在广东茂名广港码头完成总装,举行了拖航仪式,前往平均水深达65米的广东湛江罗斗沙海域进行示范应用。浮式海上风电装备让深远海丰富的风力资源不再遥不可及,海上风电的可开发范围正在不断拓宽。

  跨入新阶段

  “扶摇号”是我国目前最大的浮式风电机组,由中国海装牵头自主研发,该浮体平台总长72米,配备了功率为6.2兆瓦的抗台风性风力发电机组,机位点平均水深达65米,超过了传统固定式海上风电的水深极限。

  “与传统陆上风电或近海风电开发相比,深海风资源开发面临水位太深的现实挑战,如果采用先打桩再安装风电机组的方式,不仅施工成本高昂,而且桩基太长影响风机稳定性。”中国海装学科带头人董晔弘在接受记者采访时表示,“在开发深远海风电的时候,需要考虑将风电机组安装在漂浮的平台上,也就是海上浮式风电技术。”

  据董晔弘介绍:“研制过程中,面临周期紧、环境条件流速大、海底地质条件复杂等诸多难题,中国海装项目团队先后攻克突破了复杂海洋环境气动及水动载荷耦合动力学分析技术、海上浮式风电装备协同控制技术、浮式风电装备全耦合水池模型试验技术、基于系统性能匹配的海上浮式风电装备总体设计技术、以传动链优化为核心的海上浮式风电机组适应性设计技术等系列卡脖子难题,最终研制出了具有自主知识产权的深远海浮式风电装备‘扶摇号’。”

  技术百花齐放

  “关键核心技术买不来,更要不来,唯有依靠自主创新和自主研发。”董晔弘进一步告诉记者,“在开发过程中,中船集团下属的船舶设计研究中心和中国船舶科学研究中心承担了浮体设计、锚泊系统设计、水池试验等方面的研究任务,上海交大船舶海洋与建筑工程学院为高精准度的缩比水池试验提供了重要的技术支撑。此外,哈尔滨工程大学承担了一体化耦合仿真相关的机理和理论研究工作,重庆大学承担了浮式风电机组传动链力学分析及受力状态监测等技术研究。在各单位的合作下,最终完成了浮式风电装备的机组-浮体-系泊总体设计技术、一体化仿真分析技术、水池缩比试验验证技术、风电机组适应性优化技术及海上浮式风电建造施工技术等全流程技术开发,具备了从气象环境资源数据出发,开展浮式风电装备研制的正向设计及实施能力。”

  根据国家气候中心统计的数据,我国深海风资源总量可达到10亿千瓦,相当于近海风资源的2倍,正值我国海上风电产业逐步进入全面平价时代,浮式风电市场也迎来了百花齐放。

  实际上,除了中国海装外,巨大的市场潜力已吸引了大量企业入局。不论是明阳智能等本土主流整机企业,还是西门子歌美飒、通用电气等国际整机制造商,都相继发布了新的浮式海上风机技术。去年7月,通用电气宣布将研发单机功率为12兆瓦的浮式海上风机,维斯塔斯也宣布旗下10兆瓦浮式风机进入商用阶段。业界普遍认为,在全球积极应对气候变化的背景下,浮式海上风电这一赛道将变得更加热闹。董晔弘认为:“这是非常好的趋势,中国的浮式风电技术在短短的三四年间走过了欧洲将近20年的路。”

  拓展开发边界

  风电是实现碳中和的重要路径,不断推陈出新的浮式海上风电技术,正在持续扩展我国海上风电的可开发范围。从潮间带到近海,从近海到深远海,我国海上风力资源的可开发“边界”已愈加模糊,浮式海上风电技术的应用势必将推动海上风电市场规模实现高速增长。

  全球风能理事会发布的数据显示,近两年来,我国都是全球海上风电新增装机容量最多的国家,随着我国海上风电产业正式步入平价时代,中国仍将是全球海上风电市场的“绝对主力”。据英国第三方咨询机构Carbon Trust此前发布的预测数据,中国的浮式风电市场到2030年将达到49.5万千瓦,在2035年将达到250万千瓦,到2040年则有望达到700万千瓦。

  董晔弘表示,从目前来看,福建、粤东、粤西及海南周边海域风资源储量高、靠近负荷中心、开发潜力大,很有可能是下一阶段海上风电开发的热点区域。在这些海域,中高水深的区域大量存在,浮式风电市场规模相当大。不仅如此,浮式海上风电技术的应用场景,还可拓展至制氢、深海养殖、海水淡化等新兴领域,海上风电项目也将因此变得更加多元化。

  如何推动我国浮式海上风电实现规模化发展?董晔弘建议:“浮式风电目前还处在示范样机阶段,和固定式海上风电的技术成熟度不是同一等级,希望在政策支持方面将浮式风电和固定式海上风电视作两种完全不同的装备,采用不同的扶持政策,适当延后浮式风电平价上网的期限。”