論壇 | 多元化高效開發利用海洋新能源
來源：中國電力報 時間：2023-10-27 10:17
尹漢軍
《新型電力系統發展藍皮書》提出，“推動新能源集中與分布并舉、陸上與海上并舉、就地利用與遠距離外送并舉，構建新能源多元化開發利用新格局?！?/span>
我國海洋國土面積為300萬平方千米，占全部國土面積的四分之一。海洋可再生能源資源開發總量超過35億千瓦，其中風能資源開發總量為30億千瓦，占比超過85%。建設海洋能源高效開發利用體系將充分利用足量可再生能源，大力推動我國能源轉型。
深遠海風電開發成為海洋新能源開發利用的重要方向
海洋新能源廣義上是指海洋所蘊藏的可再生自然能源，主要包括風能、太陽能、潮汐能、波浪能、潮流能以及海水溫差能、鹽差能。
國家海洋技術中心數據顯示，我國海洋可再生能源雖并行發展，但海上風能無論是從可開發量還是總裝機規模都遙遙領先。其中，風能可開發總量超過30億千瓦，是其余能種總和的6倍。海上風電總裝機容量已超3000萬千瓦，最大裝機功率突破16兆瓦，而相對具有發展潛力的潮汐能與潮流能目前總裝機規模分別僅為4100千瓦和1000千瓦，海水溫差能、鹽差能利用尚處于實驗階段。
因此，海上風電將是未來海洋新能源利用體系中的主力。
盡管國內近海淺水風電裝機容量已處于國際領先地位，但是考慮到航道、漁場以及娛樂占地等因素，近?？臻g重疊區域多，風能資源利用日趨飽和。而深遠海風電場具有不占地、不搶占資源的優勢，且蘊藏更豐富的海風資源，可開發量超過2.9萬千瓦，是近海風能資源總量的3倍之多?！丁笆奈濉笨稍偕茉窗l展規劃》強調，要推動深遠海海上風電技術創新和示范應用。未來深遠海風電開發是國內海洋新能源開發的重要方向。
立足本土研發適合我國海域的深遠海技術
國內海洋資源規?；_發始于20世紀80年代，開發資源類型以油氣為主。2010年以來，隨著近海淺水風電場的建設，風能資源的開發量逐漸提升，但是受開發技術及經濟性限制，采用固定式風電基礎開發風能資源水深受限。
深水油氣浮式裝置設計包括油氣開發上部組塊、電力系統、浮體、系泊、海上安裝、動態電纜、運維等內容，與漂浮式風電的設計內容達到70%以上的重合，僅有風力發電機組部分存在差異。
未來海洋資源的開發必然走向深遠海，而深遠海資源尤其是風能資源的開發，必須依托海上現有深水裝置設計及運營能力，將傳統深水油氣浮式裝置設計技術與風機機組設計技術進行有機結合，形成適用于我國海域的抗臺風漂浮式風電基礎技術。
目前，國內企業開展了多個漂浮式風電項目的研究與示范，陸續投產了“三峽引領號”“海裝扶搖號”“海油觀瀾號”漂浮式風電，正在建造“風光漁”一體漂浮式風機“國能共享號”。
上述3個已投產的漂浮式風電基礎項目，從每兆瓦鋼材量來看，“三峽引領號”1029噸、“海裝扶搖號”760噸、“海油觀瀾號”531噸，鋼材重量逐步降低，且應用水深也由30米提升到120米。可見，在技術性能與經濟指標方面，“海油觀瀾號”有較大的優勢。它也是目前國內首個傳統深水油氣浮式裝置的設計與風機機組設計有機結合的產物?！昂Ｓ陀^瀾號”投產后，經歷多次臺風仍保持良好的工作狀態，證明了設計方案的安全性。但是，目前國內漂浮式風電基礎整體投資偏高，尚未達到商業化門檻。
我國風速、流速高，臺風頻發；國內風能資源平均風速9~10米/秒，而歐洲能達到11米/秒以上；港口航道水深低，國內建造總裝條件受制約；關鍵產品無法實現國產化替代；國內上網電價低，僅為歐洲國家的四分之一。獨特的環境條件、碼頭、產業鏈和電價情況，決定了我們必須探索更加適合我國技術發展的本土化路線。
針對風機大功率變化趨勢以及目前較高的漂浮式風電造價，國內企業正在開展大功率漂浮式風電基礎的研制。中國海油在“海油觀瀾號”基礎上，面向100米水深以上的南海海域，開展2型15兆瓦漂浮式風電基礎的研發——半潛式風電基礎與張力腿風電基礎，其中半潛式風電基礎預計2025年完成并網發電，張力腿風電基礎也預計在“十五五”期間開展示范應用。
系泊系統、錨等關鍵產品也占據了重要的投資比例。基于目前漂浮式風電錨基礎、海底張緊器、新型纖維纜等關鍵產品依賴國外進口的現狀，中國海油等國內企業正在開展相關產品國產化的研究，以實現漂浮式風電基礎的進一步降本。
探索海上風電與油氣田區域電力系統互補供電
國家能源局發布的《加快油氣勘探開發與新能源融合發展行動方案（2023~2025年）》指出，“海上風電開發為油氣平臺提供綠色電力，替代分散式燃氣或燃油發電，提高能源使用效率、降低碳排放，形成海上風電與油氣田區域電力系統互補供電模式?！?/span>
根據該方案，中國海油結合海上油氣田開發需求，布局海上風電為油氣田供電工程。“海油觀瀾號”7.25兆瓦漂浮式風電在南海西部就位，電力并入海南文昌油田群電網。投產后，年平均發電量可達2200萬千瓦時。通過油田能源管理系統、風機監控系統以及風功率預測系統之間的相互配合，油田群的4個燃料電站與風電平臺融合為一體，確保了油田風電微電網的安全穩定，實現了深遠海風電能源的就地消納。
受風能變化快、風力發電不穩定的限制，目前國內油氣田微電網可接入的穿透率僅在30%~40%之間。風電制氫是針對風電波動和間歇性問題很好的解決方案。在風電發電量大的時候，將多余的電能用于制氫，提高風電的利用率；在風電發電量小的時候，氫再次轉化為電力。中國海油已有2條長距離大管徑的天然氣上岸管網，未來實現規?；L電制氫后，還可以借由已有管道輸往陸上，用于陸上工業及民生的電氣需求。
國內其他企業也在開展多種能源利用的探索。國家能源集團龍源浙江溫嶺潮光互補型智能光伏電站實現全容量并網發電；中國科學院廣州能源研究所主持研發的半潛式波浪能養殖旅游平臺“澎湖號”成功下海；中國地質調查局廣州海洋地質調查局牽頭研發的20千瓦海洋漂浮式溫差能發電裝置在南海成功完成海試。未來可結合國內其他能源利用技術，共同納入海上油氣產業的融合發展中。
未來海洋新能源開發利用體系發展三大趨勢
一是形成海上油氣裝備多能互補的新型消納模式。當前，國內已經實現海洋風能與油氣設施的融合發展，未來隨著制氫、波浪能等發電技術的商業化發展，配合儲能技術，融合各類能源開發的通用性和差異性技術，還可在資源富集海域逐步構建以風能為主，光伏、波浪能、制氫等多個海洋可再生能源為輔的海上新型電力體系，從而構建更加穩定、甚至100%清潔能源替代的服務于海上油氣生產的多能互補和源網荷儲新型電力系統。
二是深遠海漂浮式風電實現規模化發展。我國東南沿海經濟發達省份用電需求量大，海上風電往陸上送電100千米~200千米即可完成輸送路徑，與西部輸電幾千千米相比，深遠海風電在輸送距離上具有獨特優勢。加上資源稟賦較好，廣東與浙江附近的深遠海風電有望得到優先開發。其中，中國海油依托南海海域已建的大量油氣設施及研發示范的大兆瓦漂浮式風電船型，具備可直接在鄰近深水海域應用、持續優化和降本的深遠海風場開發技術優勢。
陸地電力企業將采用從淺水到深水的海上發電路徑；海洋石油企業配合柔性直流輸電技術的研發，則采用由深水向淺水、由淺水向陸上的發電路徑。兩種路徑未來將同時存在，利用深遠海風電給陸地供電。
三是海洋新能源實現運維管理智能化。海洋能源開發裝置和設備往往遠離陸地，其運維難度、成本和風險等級顯著提高。應對新能源低成本運維以及無人化運維要求，海洋新能源領域將出現規模化智能化運維廠家，利用深度學習、數字孿生、元宇宙等技術開發智能運維系統，借助智能化手段全面提升海洋能源開發設施的感知、協同、作業決策及自主優化能力，實現對海洋能源的自主獲取、自主調配和自主監督，進一步提高整體協同效率。【作者系中海油研究總院總工程師（海洋工程）】
責任編輯：江蓬新
校對：許艷
