海上風(fēng)電是我國(guó)新時(shí)期能源轉(zhuǎn)型的重要支撐，也是我國(guó)沿海省份發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)的重要力量。我國(guó)海上風(fēng)電雖然起步較晚，但得益于政策的大力支持、技術(shù)的不斷創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善等，已經(jīng)迅速成長(zhǎng)為全球最大的海上風(fēng)電市場(chǎng)。

海上風(fēng)力發(fā)電發(fā)展

1概念

海上風(fēng)力發(fā)電是一種利用海上風(fēng)能來(lái)發(fā)電的技術(shù)。它具有許多優(yōu)勢(shì)，例如海上風(fēng)況優(yōu)于陸地，風(fēng)速大小和方向的變化率都較低，湍流強(qiáng)度小，疲勞負(fù)荷低。此外，海上風(fēng)速往往比陸上更快。風(fēng)速的小幅增加會(huì)產(chǎn)生大量的能源：風(fēng)速為15英里/小時(shí)的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電量是風(fēng)速為12英里/小時(shí)的發(fā)電機(jī)的兩倍。

然而，海上風(fēng)力發(fā)電也面臨著一些挑戰(zhàn)。例如，海上風(fēng)機(jī)所處環(huán)境惡劣，風(fēng)機(jī)易腐蝕。同時(shí)我國(guó)海上風(fēng)資源條件復(fù)雜，在長(zhǎng)江以南海域，大部分地區(qū)平均風(fēng)速較低，又有臺(tái)風(fēng)威脅。

海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)包括風(fēng)機(jī)支撐技術(shù)和并網(wǎng)技術(shù)。海上風(fēng)機(jī)的支撐技術(shù)主要有底部固定式支撐和懸浮式支撐兩類(lèi)。底部固定式支撐有重力沉箱基礎(chǔ)、單樁基礎(chǔ)、三腳架基礎(chǔ)3種方式。近年來(lái)，隨著全球海上風(fēng)電逐步向深海、遠(yuǎn)海進(jìn)發(fā)，浮式海上風(fēng)電技術(shù)作為新一代海上風(fēng)電技術(shù)，獲得了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。

圖2 X1 Wind示意圖

2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

海上風(fēng)電是我國(guó)新時(shí)期能源轉(zhuǎn)型的重要支撐，也是我國(guó)沿海省份發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)的重要力量。我國(guó)海上風(fēng)電雖然起步較晚，但得益于政策的大力支持、技術(shù)的不斷創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善等，已經(jīng)迅速成長(zhǎng)為全球最大的海上風(fēng)電市場(chǎng)。

海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程

概括來(lái)說(shuō)，我國(guó)海上風(fēng)電從僅有1臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的項(xiàng)目起步，歷經(jīng)示范項(xiàng)目階段，以試驗(yàn)示范項(xiàng)目建設(shè)帶動(dòng)海上風(fēng)電技術(shù)進(jìn)步和設(shè)備制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)，在規(guī)劃和政策的指引下，適時(shí)穩(wěn)妥擴(kuò)大海上風(fēng)電建設(shè)規(guī)模，在打好海上風(fēng)電大規(guī)模開(kāi)發(fā)建設(shè)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)海上風(fēng)電的高質(zhì)量發(fā)展。

1前期探索

我國(guó)海上風(fēng)電探索起源于2007年。是年11月8日，我國(guó)首座安裝有1臺(tái)金風(fēng)科技1.5 MW風(fēng)電機(jī)組的海上風(fēng)電項(xiàng)目在渤海綏中油田建成發(fā)電。該項(xiàng)目由中國(guó)海洋石油總公司興建，從立項(xiàng)到建成投產(chǎn)僅耗時(shí)7個(gè)月，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)自主創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新。它標(biāo)志著我國(guó)海上風(fēng)電探索取得實(shí)質(zhì)性突破，也拉開(kāi)了我國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)的序幕。

2試驗(yàn)示范

龍?jiān)慈鐤|海上（潮間帶）試驗(yàn)風(fēng)電場(chǎng)和上海東海大橋100 MW海上風(fēng)電示范項(xiàng)目的相繼批復(fù)，標(biāo)志著我國(guó)進(jìn)入了示范項(xiàng)目建設(shè)階段。龍?jiān)慈鐤|海上（潮間帶）試驗(yàn)風(fēng)電場(chǎng)拉開(kāi)了我國(guó)開(kāi)發(fā)建設(shè)海上（潮間帶）風(fēng)電場(chǎng)的序幕，上海東海大橋100 MW海上風(fēng)電示范項(xiàng)目則是我國(guó)建成的第一個(gè)大型海上風(fēng)電場(chǎng)。

2007年6月15日，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)家發(fā)改委）辦公廳下發(fā)“在江蘇如東地區(qū)建設(shè)30萬(wàn)千瓦的海上示范風(fēng)電項(xiàng)目”的通知，并要求加快海上示范風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的前期工作。借此契機(jī)，2008年5月，龍?jiān)措娏υ诮K組建海上風(fēng)電項(xiàng)目籌建處，針對(duì)該項(xiàng)目開(kāi)展了大量的研討論證工作。一年之后，龍?jiān)慈鐤|海上（潮間帶）試驗(yàn)風(fēng)電場(chǎng)首批兩臺(tái)1.5 MW風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。2010年9月28日，在如東環(huán)港外灘海堤外側(cè)潮間帶區(qū)域，32 MW潮間帶試驗(yàn)風(fēng)電場(chǎng)建成投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了全球潮間帶風(fēng)電“零”的突破。該項(xiàng)目包括2臺(tái)明陽(yáng)智能1.5 MW機(jī)組、2臺(tái)遠(yuǎn)景能源1.5 MW、2臺(tái)聯(lián)合動(dòng)力1.5 MW機(jī)組、2臺(tái)上海電氣2.0 MW機(jī)組、2臺(tái)三一電氣2.0 MW機(jī)組、2臺(tái)中國(guó)海裝2.0 MW機(jī)組、1臺(tái)金風(fēng)科技2.5 MW機(jī)組、2臺(tái)華銳風(fēng)電3.0 MW機(jī)組、1臺(tái)明陽(yáng)智能緊湊型2.5 MW機(jī)組，是具有標(biāo)志性的產(chǎn)業(yè)鏈節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，促進(jìn)了我國(guó)潮間帶風(fēng)電施工裝備、作業(yè)方式、基礎(chǔ)形式、機(jī)組運(yùn)維等環(huán)節(jié)的建立、優(yōu)化和改進(jìn)，大幅降低風(fēng)電場(chǎng)成本，為國(guó)產(chǎn)海上風(fēng)電機(jī)組提供了一個(gè)驗(yàn)證技術(shù)以及運(yùn)行質(zhì)量的重要平臺(tái)，為我國(guó)海上風(fēng)電由潮間帶向深海擴(kuò)展，奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

2008年5月，國(guó)家發(fā)改委會(huì)下發(fā)《關(guān)于上海東海大橋100兆瓦海上風(fēng)電示范項(xiàng)目核準(zhǔn)批復(fù)》。2010年7月10日，東海大橋風(fēng)電場(chǎng)一期全部34臺(tái)3 MW風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。該項(xiàng)目位于東海大橋東側(cè)1～4 km、浦東新區(qū)岸線(xiàn)以南8～13 km的上海市海域，平均水深10 m，總投資22.8億元?？傃b機(jī)容量102 MW的上海東海大橋風(fēng)電場(chǎng)，是我國(guó)首個(gè)大規(guī)模海上風(fēng)電場(chǎng)，我國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展由此開(kāi)始真正起步。同時(shí)，它還是歐洲以外的第一個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目，是世界其他洲域探索海上風(fēng)電發(fā)展的一塊里程碑。該項(xiàng)目為我國(guó)開(kāi)展海上風(fēng)電建設(shè)技術(shù)的研究工作，逐步建立海上風(fēng)電的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，形成擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的海上風(fēng)能資源評(píng)價(jià)、風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)和機(jī)組制造技術(shù)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)海上風(fēng)電的規(guī)?；l(fā)展創(chuàng)造了條件。

鑒于如東試驗(yàn)風(fēng)電場(chǎng)取得的成果，2010年12月6日，國(guó)家發(fā)改委核準(zhǔn)了龍?jiān)慈鐤|150 MW海上（潮間帶）示范風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目。該項(xiàng)目分兩期實(shí)施，一期工程為100 MW，選用21臺(tái)西門(mén)子2.38 MW機(jī)組和17臺(tái)華銳風(fēng)電3 MW機(jī)組，于2011年6月21日開(kāi)工建設(shè)，同年年底投產(chǎn)發(fā)電；二期工程為50 MW，選用20臺(tái)金風(fēng)科技2.5 MW機(jī)組，于2012年11月23日投產(chǎn)發(fā)電。這一工程的風(fēng)能資源和建設(shè)條件在江蘇乃至全國(guó)的潮間帶風(fēng)電場(chǎng)中均有較強(qiáng)的代表性，為我國(guó)近海風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，起到良好的示范作用。

3規(guī)?；焖侔l(fā)展

“十三五”時(shí)期，得益于前期的技術(shù)儲(chǔ)備，產(chǎn)業(yè)鏈更加完善，投融資環(huán)境更加透明，我國(guó)海上風(fēng)電迎來(lái)了快速發(fā)展的階段，近海海上風(fēng)電進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展階段。

就開(kāi)發(fā)規(guī)模來(lái)看，截至2020年6月底，共計(jì)約1 100萬(wàn)千瓦的海上風(fēng)電項(xiàng)目處于在建狀態(tài)，主要分布于廣東、江蘇、遼寧和福建等地區(qū)。2020年，海上風(fēng)電新增并網(wǎng)裝機(jī)306萬(wàn)千瓦。到2020年年底，海上風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量約為900萬(wàn)千瓦。

在技術(shù)創(chuàng)新層面，適用于海上的大容量機(jī)型呈現(xiàn)快速迭代的趨勢(shì)，不僅5 MW實(shí)現(xiàn)批量應(yīng)用，10 MW時(shí)代也已開(kāi)啟。在此期間，規(guī)劃建設(shè)的福建福清興化灣樣機(jī)試驗(yàn)風(fēng)電場(chǎng)如實(shí)記錄了海上風(fēng)電技術(shù)的演變。該風(fēng)電場(chǎng)是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的海上風(fēng)電機(jī)組科研創(chuàng)新試驗(yàn)平臺(tái)，以及國(guó)內(nèi)首個(gè)大功率海上風(fēng)電試驗(yàn)風(fēng)電場(chǎng)。它是三峽集團(tuán)福建福清興化灣300 MW海上風(fēng)電場(chǎng)一期工程，總裝機(jī)容量為79.4 MW，平均單機(jī)容量為5.7 MW，共安裝有來(lái)自8家風(fēng)電廠(chǎng)商（金風(fēng)科技、中國(guó)海裝、太原重工、明陽(yáng)智能、東方電氣、GE、上海電氣、湘電風(fēng)能）的14臺(tái)機(jī)組。該風(fēng)電場(chǎng)是我國(guó)首個(gè)批量使用5 MW以上機(jī)組的示范海上風(fēng)電場(chǎng)，將為今后我國(guó)風(fēng)電大容量機(jī)組的發(fā)展路徑提供有益實(shí)踐和探索。

相比于試驗(yàn)風(fēng)電場(chǎng)，興化灣二期工程的機(jī)組容量繼續(xù)大幅提升。2020年4月28日，國(guó)內(nèi)首臺(tái)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的8 MW風(fēng)電機(jī)組（輪轂中心高度為110 m，風(fēng)輪直徑為175 m，風(fēng)輪掃風(fēng)面積相當(dāng)于3.4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化足球場(chǎng)，在11.5 m/s左右的風(fēng)速條件下，單臺(tái)機(jī)組24小時(shí)發(fā)電約20萬(wàn)千瓦時(shí)，可滿(mǎn)足3.5萬(wàn)個(gè)家庭一天的用電需求）在該風(fēng)電場(chǎng)完成吊裝[8];2020年7月12日，國(guó)內(nèi)首臺(tái)10 MW海上風(fēng)電機(jī)組在福清興化灣二期海上風(fēng)電場(chǎng)成功并網(wǎng)發(fā)電。

2021年上半年，全國(guó)海上風(fēng)電新增并網(wǎng)容量2.15GW，同比增長(zhǎng)102.5%[10]，呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢(shì)?！笆奈濉睍r(shí)期是實(shí)現(xiàn)“30·60”目標(biāo)的關(guān)鍵期，我國(guó)海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)速度將大幅提升，成為新能源裝機(jī)增長(zhǎng)的新引擎。

結(jié)語(yǔ)

我國(guó)基本具備了大規(guī)模開(kāi)發(fā)海上風(fēng)能資源的能力，未來(lái)幾年是技術(shù)創(chuàng)新和變革的關(guān)鍵期，我國(guó)海上風(fēng)電技術(shù)將圍繞以下幾條主線(xiàn)演進(jìn)：

一是大型化。應(yīng)用更大的風(fēng)電機(jī)組，能夠有效提高風(fēng)能利用效率，并大幅降低初始投資、安裝施工成本、運(yùn)維成本等，由此帶動(dòng)度電成本持續(xù)下降。風(fēng)電度電成本的下降最主要的貢獻(xiàn)來(lái)自發(fā)電能力和效率的提升，而不僅是造價(jià)的下降。最新的葉片風(fēng)輪直徑已經(jīng)突破200 m，可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)3～5年內(nèi)，我國(guó)海上風(fēng)電度電成本將可以再降一半，這還沒(méi)有包括機(jī)組可靠性和基于大數(shù)據(jù)人工智能的全生命周期管理等技術(shù)應(yīng)用帶來(lái)的疊加提升效應(yīng)。

二是智能化。近年來(lái)，新一代信息化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)中，智能化、互聯(lián)化成為海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的重要特征。在選址環(huán)節(jié)，基于高精度風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)微觀(guān)選址技術(shù)、大數(shù)據(jù)中的尺度建模技術(shù)和衛(wèi)星遙感的物理建模技術(shù)，智慧選址模式正在逐步取代費(fèi)時(shí)、低效的傳統(tǒng)方式。在運(yùn)行中，借助現(xiàn)有技術(shù)，通過(guò)感知并預(yù)測(cè)所處環(huán)境變化，系統(tǒng)能夠自動(dòng)采取不同控制策略，做到降載增壽，提高發(fā)電效率。在運(yùn)維環(huán)節(jié)，通過(guò)在風(fēng)電場(chǎng)安裝狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，并結(jié)合資產(chǎn)完整性管理理念，故障維修已經(jīng)從事后轉(zhuǎn)向事前，逐步走向預(yù)防性維護(hù)，并在運(yùn)維方案定制和成本優(yōu)化方面開(kāi)始發(fā)揮作用。未來(lái)，更廣泛的監(jiān)測(cè)傳感、物聯(lián)技術(shù)應(yīng)用以及建模仿真能力提升，將逐步促成數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，讓風(fēng)電資產(chǎn)的運(yùn)營(yíng)和改造從中受益，這有賴(lài)于監(jiān)測(cè)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法的進(jìn)步。此外，通過(guò)數(shù)字化信息整合行業(yè)資源、改變產(chǎn)業(yè)鏈互動(dòng)和資源調(diào)配方式，將進(jìn)一步提高效率、降低成本，這需要行業(yè)重新審視，并改變現(xiàn)有的合作模式。

三是專(zhuān)業(yè)化。我國(guó)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展的提速，以及項(xiàng)目開(kāi)發(fā)逐步走向深遠(yuǎn)海，對(duì)運(yùn)輸、安裝施工、運(yùn)維等裝備提出了更高的要求。進(jìn)一步提升安裝船、鋪纜船、運(yùn)維船的專(zhuān)業(yè)化水平，成為擺在業(yè)界面前的重要課題之一，這需要各方攜手推進(jìn)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)、先進(jìn)裝備的設(shè)計(jì)與制造。