近年來，我國海上風電發展成績斐然，國家統計局的數據顯示，截至2021年6月底，我國海上風電累計裝機容量達1113.4萬千瓦。有機構和媒體預測，2021年中國海上風電累計裝機容量大概率可超過英國，位居全球第一。然而2022年，我國海上風電的中央財政補貼將全部取消，給“十四五”時期的產業發展帶來一定不確定性。

 

“平價下建設單位要求海上風電項目收益率不低于6%，對其造價提出嚴苛挑戰。”新疆金風科技股份有限公司海上工程方向總工程師兼風電設計研究院副院長寧巧珍在日前舉行的2021全球海上風電大會上表示：“僅靠風電達到客戶投資收益，在有限海域面積里是比較困難的。”面對必然來臨的平價與集約節約用海政策，海上風電的跨界合作與多元化模式創新，成為2021全球海上風電大會上頗受關注的話題之一。

 

東方電氣風電有限公司研發中心副主任李源對此表示，漂浮式風電是向深遠海發展的一個趨勢，隨著技術成熟，其經濟性會越來越好。在平價時代，漂浮式+海洋牧場+海上制氫，打造海洋生態圈是未來方向。

 

那么，在眾多海上風電開發新概念與新模式中，哪些已經具備技術條件？

 

 

海洋牧場是充分利用海洋的自然生產力，在特定海域科學培育和管理漁業資源的人工漁場，是目前海洋經濟最成熟的發展業態之一。近年來，我國已完成覆蓋渤海、黃海、東海與南海四大海域的86個國家級海洋牧場示范區建設；計劃到2025年將建成178個國家級海洋牧場示范區。

 

優異的發展成績背后，仍存在一定挑戰。一方面，海洋牧場的供電難與供電不足問題，導致大型現代化牧場增養殖設備、資源環境監測設備等無法使用、維持，生產效率較低；另一方面，海洋牧場僅水下部分空間通過增養殖得以開發，水上空間無法得到有效利用，不利于海洋資源的立體開發。

 

反觀海上風電，可在充分發揮水上空間資源價值的同時，一舉多得地解決海洋牧場供電不足問題。更值得關注的是，海上風電還有利于海洋牧場的高效增產。

 

在荷蘭OWEZ公司海上風電場，科研人員以底棲生物、魚類、鳥類和海洋哺乳動物多樣性為評價對象，通過2年實地調查發現該風電場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，海水流經風電機組樁基和半潛式平臺時，迎流面會產生上升流，隨上升流上涌的底層營養鹽與表層海水充分交換，促進各種浮游植物生長，從而誘集各類海洋生物前來索餌，形成高度復雜的食物鏈。同時，海水背流面會產生背渦流，多數魚類喜歡棲息于流速緩慢的渦流區。

 

海洋牧場與海上風電融合發展可謂“有百利而無一害”，是未來集約節約用海的新型產業模式。

 

“海洋牧場與海上風電融合技術要進行示范、先導，對海洋牧場的肌理和海上風電及其配套設施研發，探索升降式的筏架、智能網箱和觀光垂釣平臺。”寧巧珍談道。

 

目前已有大量“海上風電+海洋牧場”示范項目在推進。例如，以德國、荷蘭、比利時、挪威等為代表的歐洲國家早在2000年便將魚類養殖網箱、貝藻養殖筏架固定在機組基礎上進行試點研究；以韓國為代表的亞洲國家則于2016年開展了海上風電與海水養殖結合項目，使雙殼貝類和海藻等在項目區域增加。

 

2020年3月，我國首個“海上風電+海洋牧場”示范項目——山東昌邑市海洋牧場與三峽300MW海上風電融合試驗示范項目海洋勘察工程公示。2020年4月，由中廣核研究院牽頭申報的2020年省級促進（海洋）經濟高質量發展專項資金項目“漂浮式海上風電與海洋牧場融合關鍵技術研究”項目完成合同簽訂。

 

相對于可期的社會與經濟價值，實現該模式的項目數量目前仍較為有限，通過創新海洋牧場與海上風電融合發展技術體系，構建海洋牧場與海上風電融合發展監測體系，完善風險預警防控和應急預案管理體系，進一步探索其他開發模式是未來的攻關重點。

 

 

“Power to X”概念被提出，主要基于節約能源的考慮。比如，通過水電解及后續合成工藝，將過剩或無法送出的電力能源轉化為液態或氣態的化學能源，以便存儲或輸送。隨著全球加快應對氣候變化的步伐，人們漸漸意識到“Power to X”可以成為供熱、交通、工業用能等領域實現碳減排的途徑。

 

“‘Power to X’技術正在不斷拓展到原來沒有本地電力需求的行業，有趣的是，油氣公司紛紛將其作為重點，并將經驗與技術帶進來。”全球風能理事會（GWEC）海上風電工作組主席AlastairDutton認為。

 

例如，通過海上風電與“Power to X”技術相結合進行海上風電制氫，就能將風電本身所具備的綠色環保屬性，進一步延伸至氫能利用過程中，實現近零碳排放。

 

對于海上風電的發展而言，“Power to X”技術則能夠避免棄風或因輸電能力不足導致的發電量下降。“‘Power to X’技術是海上風電與其他行業的整合，也是除解決風電大規模并網之外的另一項重要探索。”中國船舶集團海裝風電股份有限公司學科帶頭人、海上漂浮式風電裝備總設計師董曄弘在2021全球海上風電大會上指出。

 

以海上風電為例，目前正在探索的制氫方案多達四種：一是將海上風電通過電網傳輸到高壓電網，再通過電網為電解槽供電；二是電解槽通過風電場專用電表獲取電力，也可以通過電網電表獲取電力，電解槽可建在海上平臺，也可建在陸地；三是電解槽與風電場同時建造，風電直接被輸送至電解廠；四是電解槽建在風電機組內部或漂浮式平臺上，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電場發電成本價獲得電力。

 

在上述模式的基礎上，明陽智能進行了進一步探索。“以前制氫必須使用淡水，對水的純凈度要求非常高。明陽智能發明了一項新的技術，利用海水制氫，使制氫成本大大降低。”明陽智慧能源集團股份公司總工程師賀小兵介紹說：“如果能利用天然氣管道輸送氫到陸上，成本可進一步降低。”目前，海上風電制氫已可進入規模化應用階段。據荷蘭王國駐廣州副總領事楊安介紹，2020年殼牌在荷蘭與合作伙伴共同推進的一個海上風電制氫項目，總裝機容量計劃在2030年與2040年分別達到4GW與10GW，項目本身還包括一系列制氫電解、存儲與輸送裝置。

 

據不完全統計，我國的風電制氫項目與課題已經超過20個，但海上風電制氫項目數量較少。在未來的海上風電制氫發展中，還需破解如風電波動性對于制氫設備的影響、海上風電成本較高、儲存運輸難等一系列技術與市場挑戰。

 

 

與以上兩種創新模式相比，能源島的概念更原生于海上風電，是圍繞海上風電所構建的一個多元化海洋利用系統。“一個自然島嶼或人工平臺，充當周圍海上風電場發電的樞紐，并將其輸送到北海區域的各個國家”，是對能源島的早期定義。

 

“借鑒國外相關經驗，海上風電應同海洋牧場、海上油氣、氫能、儲能等多種資源實現綜合開發，融合發展。通過能源島概念，可實現海上風電與其他資源綜合開發的模式。”水電水利規劃設計總院新能源和軍民融合部主任趙太平認為：“能源島的概念在國外處于推進過程中，在我國也有相關嘗試，這是未來的一個趨勢。”

 

北海被認為是歐洲能源供應最重要支柱之一，早在2017年，歐洲輸電系統運營商TenneT就提出在多格海岸建設能源島的設想，主要用于接入多國開發的海上風電。由于島嶼距離風電機組較近，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一配送到歐洲大陸或英國。該項目最初計劃建設3座島嶼，每座面積約6平方千米，設有港口、機場等交通設施，簡易的設備生產裝配線，以及大型備品備件倉庫。島上還配備辦公室和住宅，滿足專業團隊的日常需求。這使得海上風電的運維人員與備品備件做到統一調配，集中共享。

 

作為海上風電的變流、傳輸和制氫樞紐，這項名為聯合體北海風電樞紐的項目得到了諸多機構與企業支持，其總規劃支持目標由最初的100GW增至180GW。截至目前，聯合體北海風電樞紐是啟動最早、設計最完善的能源島項目，預計將于2030年至2050年間建成。

 

若是進一步延伸對能源島的定義，我國其實已經在推進相關工作。2020年8月14日，推進海南全面深化改革開放領導小組辦公室印發《海南能源綜合改革方案》，提出構建海南清潔能源島，到2025年海南清潔能源島初具規模。

 

據專業機構研究，為了充分發揮能源島作用，擴大海上風電集群效應，各國在政策法規、計劃等方面還需要實現進一步兼容。

 

無論是海洋牧場、“Power to X”，還是能源島，都為海上風電的模式創新給出了更多選擇，為風電與其他產業的進一步融合發展，描繪出可期的圖景。通過未來的跨界、貫通與融合，風電將與各行各業碰撞出越來越多的多元化創新火花，并無時無刻地展現出自身價值，真正成為向國民生產、社會生活提供無窮動力的主體能源。