深远海域海上风电发展分析与建议

文/董飞飞 陈海焱 张天龙 刘哲 余丹

近年来，在“四个革命、一个合作”能源安全新战略与“双碳”目标的指引下，海上风电发展按下“快进键”。2021年，中国海上风电装机规模跃居世界第一，实现了从萌芽伊始到迅速壮大、从零星试点到产业集群的跨越式发展。考虑资源潜力、消纳能力、近海海域空间紧张等因素，深远海风电将是未来海上风电发展的重要方向。

一、海上风电是未来我国可再生能源领域的重要发展方向

海上风电相比于陆上风电具有风速更高、资源丰富、可利用小时数更多和不占用陆地面积等优点。随着相关技术和装备的不断成熟，沿海地区经济社会发展对能源需求愈加迫切，海上风电迎来了规模化发展的重大机遇。我国具有海岸线长、可利用海域面积广等发展海上风电的天然优势，且海上风电靠近东南沿海地区用电负荷侧、就地消纳方便，使其成为我国发展低碳经济、促进能源结构转型的重要抓手。

当前，全球海上风电总体呈现“由小及大、由近及远、由浅入深”的发展趋势，即单台风机额定容量逐步增大，已迈入15兆瓦时代；风电场装机容量和面积越来越大，规模化开发趋势明显；风电场离岸距离和水深不断增加，分别超过100 千米和100米，深海化趋势明显；竞价上网成为海上风电发展新模式，项目成本总体呈下降趋势。

2022年1月29日，国家发展和改革委员会和国家能源局印发的《“十四五”现代能源体系规划》提出，要积极推进东南部沿海地区海上风电集群化开发，重点建设广东、福建、浙江、江苏、山东等海上风电基地。此后，多个省（区、市）陆续出台海上风电“十四五”发展规划，我国海上风电将迎来新一轮发展热潮。

二、深水远海是海上风电未来发展的必然选择

海上风电的开发区域由近及远可分为潮间带、潮下带滩涂、近海以及远海，一般认为水深大于50 米的是深海风电，场区中心离岸距离大于70千米为远海风电。

近海海上风电总体开发潜力有限，且单体规模较小，易受航运、渔业等因素影响。近年来，在海上风电产业快速发展的同时，其他产业用海需求也不断提高，同时海洋生态环境保护意识逐步增强，近海海上风电资源的开发已基本趋于饱和。

我国深远海域广阔、风能资源丰富，总量约10 亿千瓦，相当于近海风资源的2 倍，风电利用小时数较高，开发制约因素相对较少，发展潜力巨大。随着我国近海资源开发逐步饱和和深远海风电并网技术进步，同时借鉴欧洲海上风电技术发展经验，由近海走向远海、由浅海走向深海，是海上风电未来发展的必然趋势。

三、深远海域海上风电发展存在的问题

（一）勘查力度不够，亟需整体规划和顶层设计

我国海岸线长，各地海洋或地质环境差异大、开发条件各异。目前我国对海上风电资源缺乏详尽的勘查，存在勘察平台适应能力有待提高、勘察设备落后、从业人员经验不足、勘察数据缺少第三方把关、费用投入偏低等问题，导致不能准确掌握海上风电的资源储量、分布特性等。海上风电和能源输送通道的构建缺乏整体规划和顶层设计，与陆上主干电网的协同控制理论尚不完善，亟待采用统一规划的理念指导海上风电的规模化开发和利用，推动海上风电产业尽快从“各自为政、无序发展”向“宏观统筹、快速有序”转变。

（二）装备研发能力和工程建设水平不足

深远海环境更加恶劣、复杂，对系统可靠性、设备安全性及设计、安装、施工、运维水平等提出了更高要求。目前，我国在超大型风电机组、漂浮式风机基础、远海风电输电、智慧运维等方面还处于研发和示范阶段；超长柔性叶片设计和制造技术、大功率风机主轴承、传动链试验检测设备、高端运维装备等海上风电关键环节自主化程度有待提升；柔性直流换流阀关键元部件、高压直流海缆优质绝缘料等对外依存度较高；安装船和运维船的设计、建造以及人才队伍的培养都落后于海上风电整体发展步伐。同时，随着我国海上运力水平的提升，海上风电的工程建设已逐步从粗放式建设转变为精准型和集约型建设，亟需提高工程建设水平和能力，以支撑和保障海上风电的大规模开发建设和顺利发展。

（三）大容量并网送出技术仍存在瓶颈

经济高效地解决大规模海上风电并网问题是海上风电发展面临的核心挑战之一。与近海风电场相比，深远海域海上风电的送出通道、并网方式面临更为严苛的要求。虽然相关的基础性、前瞻性研究已陆续展开，但以柔性直流为代表的深远海大规模海上风电并网送出技术在我国尚处于试验示范阶段，仍有诸多关键技术难题有待解决。例如，由于海上平台空间、承重严重受限，在紧凑化、轻型化上还需进一步提升；直流海缆等核心设备绝缘水平达到研制瓶颈，对暂态过电压抑制提出了更高要求；远海风电柔直系统运行工况多变、频率耦合机理复杂，振荡抑制面临极大挑战；海上设备维修窗口期不确定，设备故障易造成系统长期停运，控制保护技术有待进一步提高。

（四）工程复杂度高、可到达性差导致运行维护困难

海上风电的跨越式发展和大规模开发建设阶段，对工程建设的质量和效率提出了更高的要求。相较于陆上风电，由于海底地理环境复杂，海面气象条件多变，海上风电工程涉及范围广、复杂度高，面临建设条件恶劣、专业种类众多、可到达性差、施工难度大、运行维护困难等问题，且随着离岸距离和水深的增加，运行维护的时间周期和成本会出现大幅度提升。此外，受台风等恶劣天气的影响，每年平均可施工运维工作窗口期仅100 多天，安装、施工、运维等均面临巨大压力与挑战，对机组的预防性维护提出更高要求。与此同时，海上风电场的规模化发展致使海上风电运维需求出现爆发式增长，但国内海上风电运维装备滞后于风电场的发展，不能满足快速性、安全性、稳定性要求。

（五）全生命周期技术经济评价标准体系不完备

海上风电作为当前研究热点，我国围绕体系架构、解决方案、项目管理、运营维护等方面做了很多研究工作。然而，大多数研究只关注工程规划设计、施工、运维中某个阶段或局部性问题，目前国内能够覆盖海上风电项目全寿命周期技术经济评价的研究尚处于起步阶段，其技术基础（如数字孪生技术）尚不完善，还没有完全形成符合我国海上风电现状的技术标准和检测认证体系，且相关的体制机制也有待进一步完善。

（六）成本较高难以实现平价上网

成本问题一直是海上风电的最大痛点，由于海上环境的特殊性，海上风电的安装、发电和运行维护成本仍处于高位。且随着离岸距离和水深的增加，输电成本会因为海缆成本的提高而大幅增加，这也是目前我国深远海域海上风电开发的主要挑战之一。伴随着海上风电产业的成熟，政策补贴逐渐退坡，成本问题将更加凸显。根据目前的成本测算，深远海域海上风电短期内还很难实现平价上网。

（七）海洋资源综合利用相关技术有待突破

我国海上风能资源主要分布在东南沿海地区，当地海洋活动频繁，用海需求多样，海上风电的用海需求与交通、海事、渔业、国防、环境保护等相互交织，可用于海上风电开发及并网送出的通道资源趋于紧张。应在统筹调配、充分利用通道资源的基础上，将海上风电与海洋牧场、海上油气、海水淡化，氢能、储能综合开发利用融合发展，实现降本增效。但目前海洋资源综合利用技术方面尚处于起步、探索阶段，相关技术手段有待进一步突破，安全可靠性也需加强论证。

四、深远海风电的发展建议

（一）加大勘查评估力度，整体规划统筹开发

加大对海上风电资源的勘测、评估力度，准确掌握深远海风电的资源储量、分布情况，增强全国一盘棋意识，时刻紧绷安全弦，从源头做好深远海域海上风电的顶层设计、整体规划与项目布局,加强海上风电和电网规划统筹协调，统一调配输电通道走廊资源，稳步推进集约化规模化开发、集中式送出和高比例消纳，完善深远海域海上风电开发建设管理，合理安排建设时序，最大限度降低海上风电开发对自然环境的影响，避免低效和重复投资。

（二）提升自主创新能力，完善规范统一标准

加强深远海域海上风电领域的自主科技创新，针对关键与共性技术开展集中攻关，大力推进风电机组大型化、定制化和智能化开发，突破大功率齿轮箱和百米级叶片等“卡脖子”核心部件、核心技术，不断提高装备国产化率，加强以漂浮式风电技术、柔性直流输电等并网关键技术为代表的深远海风电前沿技术研发，注重高性能替代材料的研发与应用，统筹陆上和海上工程装备的专业化研发，推动智能化控制与运维技术发展。同时，应进一步健全海上风电相关标准和检测认证体系，加快海上风电并网及各环节标准、规范研制，推动国家级海上风电检测认证基地建设。

（三）多措并举降本增效，努力实现平价目标

结合我国海上风电的资源禀赋、发展环境、开发模式和产业水平等各个环节实际情况,多措并举不断推进深远海海上风电降本增效。

通过新型大容量机组、专业化施工船舶和设备的应用，研发、制造、运维、检测一体化发展，规模化连片开发、集中送出等手段降低建设成本；利用大数据、云计算、物联网、5G 等数字化、智能化手段，开发适合我国海上风电发展的产品和解决方案,提升产品的可靠性,进而降低运维成本；快速提升施工水平，降低施工安装成本；做好海上风电产业延链、强链、补链，降低全产业链成本。推动我国海上风电朝着开发规模化、风机大型化、机组定制化、离岸远海化、并网柔性化、方案系统化、运维智能化的方向发展，早日实现平价上网。

（四）数字化智能化应用，提升建设运维能力

在“双碳”战略和风电平价背景下，风电机组向大型化、轻量化、数字化和智能化方向发展，风电行业的设计、制造、安装和运维面临更多挑战。在工程全命周期管理中，数字化转型成为海上风电持续高效发展的必经之路。应广泛应用自动化、数字化和智能化手段，研发运维新技术，提高机组远程运行监测、故障预警与诊断水平，提升故障处理效率，缩短运维时长，并逐步通过集群化开发实现“共享式”运维，不断提升海上风电的总体建设运维能力。

（五）综合开发利用资源，相关产业融合发展

通过产业协同与多能互补，推动深远海域海上风电从单一品种发展向多品种融合发展转变，将是海上风电未来发展趋势。搭建共享平台，建立技术合作机制，打破条块分割与行业壁垒，充分发挥全球领先的海上风电技术及海洋能源整体解决方案优势，加速推动海上风电与海洋牧场、海上油气、海水淡化，氢能、储能综合开发利用融合发展，进一步丰富产业集群，增强我国海上风电全寿命周期综合服务能力，提升项目整体效应，提高海域利用效率，助推我国海洋经济的高质量发展。

（六）高度重视对外交流，积极参与国际合作

加强对外的行业性交流，借鉴英国、德国、丹麦等欧洲国家在海上风电项目的竞争性配置办法与发展思路、开发并网等方面的成熟经验，着力于必要的技术和先进的管理理念，探索适合我国国情的海上风电高质量、可持续发展路径，积极参与国际竞争与合作，推动我国海上风电技术、标准、装备一体化“走出去”,不断提升国际话语权，共同促进海上风电产业健康有序发展。

五、结束语

当前，新一轮科技革命和产业革命深入发展，能源电力系统的安全高效、绿色低碳转型及数字化智能化技术创新已成为全球发展趋势。海上风电作为一种清洁能源，具有广阔的市场前景和发展潜力。随着海上风电开发向深远海发展，部分关键核心技术装备仍需进一步突破，亟待加强科技创新实现技术的进步和成本的降低，支撑海上风电产业协同发展。