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中国的海上风力发电进化到什么程度了?

日期:2023-10-27    来源:海兰云UDC

国际风力发电网

2023
10/27
11:19
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关键词: 海上风电 风电产业 风力发电技术

“海岸线象征的不是世界尽头,反而是新世界的开始。”

如果说,海底数据中心是21世纪人类信息的“避风港”,那么海上风电产业则一定是人类未来的巨型能源“粮仓”。

近来,中国近远海的风力发电技术,以其在台风与暴雨中的诸多优秀表现在社交平台上小小地火了一把。

根据中国气象局的报道,9月初,受台风“苏拉”“海葵”共同影响,福建沿海地区狂风大作,三峡集团福建区域海上风电场9月1日最大风速达23.56米/秒,安装在该风电场的全球首台16兆瓦超大容量海上风电机组不仅运行如常,并且充分利用台风,实现了单日发电量达38.41万千瓦时的24小时满功率运行,刷新了世界纪录。

中国的海上风电机组在不知不觉间惊艳了国人,中国的海上风电技术及装机数也已经在今年以来领先了世界,但研发道路常遇瓶颈乃是常事,在海上风电这条路上,中国也曾经历卧薪尝胆的时刻。

中国人其实很早就发现了海洋风电的好处。

首先,与传统场景里人们所常见的陆上风力发电系统相比,海面无疑给风电机组带来了更加优越的采风环境。一如人们在日常生活里的体验那样,海面上由于遮挡少、垫面平坦,海风的损耗相对较小,质量也更高,风量更大且更为丰富,这些都是海上风电最早的可行性基础。

此外,由于建设地点本身位于近海或远海等远离人类居住的地域,其对于噪音控制的要求也就相对更低;而相比于陆上寸土寸金的土地成本,广阔的海洋带来了被无限缩小的土地成本,工程师在电力容量设计上也就更加放的开。

而且,目前海上交通运输仍然是负责沟通各大洲,人类最为仰赖的主要交通方式之一,全世界有一半以上的人口都生活在距离海岸线100公里以内的区域,我国的东南沿海也是如今中国的人口与经济的集中地,如果能够实现海上风电,就意味着电力源头距离这一用电密集区域更近,电力在运输上的损耗相比于传统的西电东送也就更小。

由此,干是决心要干得了,可究竟怎么干才能最好地利用海上风能资源呢?

从传统意义上讲,风电机组一般都是由风轮、发电机与塔架等几个部分组成,叶片将风的动能转变为风轮轴的机械能,发电机又在风轮轴的带动下旋转发电,从而产生源源不断的电能。

基本的发电逻辑不需要改变,但电机固定在哪里却成了一个问题。如下图所示,海上风电的机组固定方法基本可以分为固定式和漂浮式两种,然而在海洋中,固定式风力发电机所需要的成本在水深超过50米处开始陡然上升,高昂的成本和过长的施工周期导致固定式风电并不适合深远海风电的批量投入装设。

于是,在近海风力发电技术趋于成熟之际,能够利用到深远海域的漂浮式海上风电技术的研发迫在眉睫。

而彼时的2010年,东海大桥风电项目已经正式投产运营,实现了中国近海固定式风电项目零的突破,由此被称为中国海上风电元年。同年,欧洲率先建成了全球第一个漂浮式风力发电示范样机,并在位于挪威西南部海岸附近卡莫伊岛(Karmoey)10公里处投入使用。

几近空白的领域与技术前沿激励了无数中国工程师们南下,人们纷纷摩拳擦掌,打算在广阔的海域里打造一番新天地。

终于,在2018年,海上浮式风电平台全耦合动态分析及其装置研发项目获批,而该项目的核心任务和目标就是要研发中国第一台漂浮式海上风力发电系统装备并进行应用示范。

在诸多方案中,工程师们最终敲定了一版由三根高30米,宽10米的立柱组成底座,搭配一架高达100米的水上发电风车的海上风电方案。

巨大的浮体以及立柱间经过周密计算的距离给了设备以优秀的抗摇动能力,使其不会因“头重脚轻”而一头栽进大海,工程师们夜以继日研发出的锚泊系统也成功攻克了国外漂浮式风电绳索的卡脖子难题,使其在有一定弹簧卸力作用的同时,又不至于太软,让负责输电的电缆代偿,从而遭到破坏。

此方案若较形象的比喻来说,就好比海上有一只巨大的不倒翁在迎着风,乘着冲浪板冲浪的同时,在海上打着太极,将一轮接一轮的风浪化解。而海上强劲的风力,又随着不倒翁头顶的竹蜻蜓,被源源不断地通过电缆输送回陆地。

终于,在经历了无数次模型实验与台风模拟实验之后,2021年12月,全球首台抗台风型海上风力发电系统“三峡引领”号在广东阳江海上风电场顺利安装并并网发电,其漂浮平台排水量约1.3万吨,与一艘万吨级巨轮的排水量相当,单台机组每小时满发电量可以达到5500度,每年可为3万户家庭提供绿色的清洁能源。

此后又经过了两年的发展期,各地海上风电装机容量激增,到了如今的2023年,中国已经成为了当之无愧的海上风电强国。

根据前阵子国家能源局刚刚发布的1-8月份全国电力工业统计数据显示,1-8月份,风电新增发电装机容量2892万千瓦;截至8月底,风电装机容量达到了4.0亿千瓦,同比增长14.8%。

而根据英国《金融时报》8月28日的文章,就在中国大力发展可再生能源,海上风电装机容量激增之际,欧洲企业已因成本上升和供应链受阻影响,失去了世界最大海上风电市场的地位,被中国引领的亚太地区取代。

报道援引全球风能理事会(GWEC)的数据指出,2022年全球海上风电总装机容量为64.3吉瓦,欧洲约占47%,而亚太地区以近53%的水平超越欧洲。其中,仅中国一家就占了全球总装机容量的近49%。

今年6月,省委十三届三次全会强调,要做大做强做优海洋牧场、海上能源、临港工业、海洋旅游等现代海洋产业,海上能源已经成为了当前发展的关注点。

而在中国海洋风力发电的规模与技术已经悄悄来到了世界领先位置的同时,大家可能不知道的是,在巨大扇叶转动之下的近海海底,一项同为世界领先的中国技术也在利用着寒冷海洋中得天独厚的优势“发光发热”。

相比于时常遭受台风肆虐的沿海地区,近海海底的“天气”天然就更加地稳定、可预测,受全球气候变暖影响较小,更安全,占地成本更低且选址更为自由(一如曾经的风电选址一般),自然就更适合作为人类信息的贮藏器,进行海底数据中心的建设。

海水是服务器全时的自然冷却剂,又是数据舱绝佳的“铠甲”。目前,我国海南已经建设了全球首个可商用的海底数据中心,并于今年三月正式开始运营。其核心设施"海底数据仓"应用水深超过30米,罐体直径达到3.6米,是目前全球最大的海底数据舱。

近水楼台先得月,设置在近海的海底数据中心天然就能更加高效地利用新型海洋能源,与海上风电系统实现一加一大于二的效果,实现电力互赢、高效用海、陆海统筹的目的。

▲远处的风电机组与近处的数据中心相得益彰

目前,中央与各地有关部门也已经相继出台了一系列鼓励发展中国水下数据中心的政策: 国家发展改革委强调,要坚定不移走绿色低碳发展之路,鼓励探索利用山洞、海底等特殊地理条件发展数据中心;

《广东省海洋经济十四五规划》中也明确表示,要推动服务于航行保障、海工作业、环境监测、生态调节、资源管理的海上新型基础设施建设,支持海底数据中心关键核心技术突破,有序引导广州、深圳、珠海、汕头和惠州等地在海底布放高能耗数据中心。

海洋带给了我们最为清洁的能源,我们还给地球一个更加干净的未来,海洋给了人类得天独厚的环境,人类自当加以善用。

相信在未来的某一天,中国会实现共建、互补、绿色的智慧海洋格局,那些曾经污染的会变得绿色,那些吵闹的会变得无声,那些繁杂的会变得井井有条,而人们,也会在遥远的陆地中过上更加自由且美好的生活。

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