論壇 | 多元化高效開發(fā)利用海洋新能源
來源：中國電力報(bào) 時(shí)間：2023-10-27 10:17
尹漢軍
《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書》提出，“推動(dòng)新能源集中與分布并舉、陸上與海上并舉、就地利用與遠(yuǎn)距離外送并舉，構(gòu)建新能源多元化開發(fā)利用新格局。”
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(fā)總量超過35億千瓦，其中風(fēng)能資源開發(fā)總量為30億千瓦，占比超過85%。建設(shè)海洋能源高效開發(fā)利用體系將充分利用足量可再生能源，大力推動(dòng)我國能源轉(zhuǎn)型。
深遠(yuǎn)海風(fēng)電開發(fā)成為海洋新能源開發(fā)利用的重要方向
海洋新能源廣義上是指海洋所蘊(yùn)藏的可再生自然能源，主要包括風(fēng)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(shù)中心數(shù)據(jù)顯示，我國海洋可再生能源雖并行發(fā)展，但海上風(fēng)能無論是從可開發(fā)量還是總裝機(jī)規(guī)模都遙遙領(lǐng)先。其中，風(fēng)能可開發(fā)總量超過30億千瓦，是其余能種總和的6倍。海上風(fēng)電總裝機(jī)容量已超3000萬千瓦，最大裝機(jī)功率突破16兆瓦，而相對(duì)具有發(fā)展?jié)摿Φ某毕芘c潮流能目前總裝機(jī)規(guī)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(shí)驗(yàn)階段。
因此，海上風(fēng)電將是未來海洋新能源利用體系中的主力。
盡管國內(nèi)近海淺水風(fēng)電裝機(jī)容量已處于國際領(lǐng)先地位，但是考慮到航道、漁場(chǎng)以及娛樂占地等因素，近?？臻g重疊區(qū)域多，風(fēng)能資源利用日趨飽和。而深遠(yuǎn)海風(fēng)電場(chǎng)具有不占地、不搶占資源的優(yōu)勢(shì)，且蘊(yùn)藏更豐富的海風(fēng)資源，可開發(fā)量超過2.9萬千瓦，是近海風(fēng)能資源總量的3倍之多?！丁笆奈濉笨稍偕茉窗l(fā)展規(guī)劃》強(qiáng)調(diào)，要推動(dòng)深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新和示范應(yīng)用。未來深遠(yuǎn)海風(fēng)電開發(fā)是國內(nèi)海洋新能源開發(fā)的重要方向。
立足本土研發(fā)適合我國海域的深遠(yuǎn)海技術(shù)
國內(nèi)海洋資源規(guī)?；_發(fā)始于20世紀(jì)80年代，開發(fā)資源類型以油氣為主。2010年以來，隨著近海淺水風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)，風(fēng)能資源的開發(fā)量逐漸提升，但是受開發(fā)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性限制，采用固定式風(fēng)電基礎(chǔ)開發(fā)風(fēng)能資源水深受限。
深水油氣浮式裝置設(shè)計(jì)包括油氣開發(fā)上部組塊、電力系統(tǒng)、浮體、系泊、海上安裝、動(dòng)態(tài)電纜、運(yùn)維等內(nèi)容，與漂浮式風(fēng)電的設(shè)計(jì)內(nèi)容達(dá)到70%以上的重合，僅有風(fēng)力發(fā)電機(jī)組部分存在差異。
未來海洋資源的開發(fā)必然走向深遠(yuǎn)海，而深遠(yuǎn)海資源尤其是風(fēng)能資源的開發(fā)，必須依托海上現(xiàn)有深水裝置設(shè)計(jì)及運(yùn)營能力，將傳統(tǒng)深水油氣浮式裝置設(shè)計(jì)技術(shù)與風(fēng)機(jī)機(jī)組設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，形成適用于我國海域的抗臺(tái)風(fēng)漂浮式風(fēng)電基礎(chǔ)技術(shù)。
目前，國內(nèi)企業(yè)開展了多個(gè)漂浮式風(fēng)電項(xiàng)目的研究與示范，陸續(xù)投產(chǎn)了“三峽引領(lǐng)號(hào)”“海裝扶搖號(hào)”“海油觀瀾號(hào)”漂浮式風(fēng)電，正在建造“風(fēng)光漁”一體漂浮式風(fēng)機(jī)“國能共享號(hào)”。
上述3個(gè)已投產(chǎn)的漂浮式風(fēng)電基礎(chǔ)項(xiàng)目，從每兆瓦鋼材量來看，“三峽引領(lǐng)號(hào)”1029噸、“海裝扶搖號(hào)”760噸、“海油觀瀾號(hào)”531噸，鋼材重量逐步降低，且應(yīng)用水深也由30米提升到120米?？梢?，在技術(shù)性能與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面，“海油觀瀾號(hào)”有較大的優(yōu)勢(shì)。它也是目前國內(nèi)首個(gè)傳統(tǒng)深水油氣浮式裝置的設(shè)計(jì)與風(fēng)機(jī)機(jī)組設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。“海油觀瀾號(hào)”投產(chǎn)后，經(jīng)歷多次臺(tái)風(fēng)仍保持良好的工作狀態(tài)，證明了設(shè)計(jì)方案的安全性。但是，目前國內(nèi)漂浮式風(fēng)電基礎(chǔ)整體投資偏高，尚未達(dá)到商業(yè)化門檻。
我國風(fēng)速、流速高，臺(tái)風(fēng)頻發(fā)；國內(nèi)風(fēng)能資源平均風(fēng)速9~10米/秒，而歐洲能達(dá)到11米/秒以上；港口航道水深低，國內(nèi)建造總裝條件受制約；關(guān)鍵產(chǎn)品無法實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代；國內(nèi)上網(wǎng)電價(jià)低，僅為歐洲國家的四分之一。獨(dú)特的環(huán)境條件、碼頭、產(chǎn)業(yè)鏈和電價(jià)情況，決定了我們必須探索更加適合我國技術(shù)發(fā)展的本土化路線。
針對(duì)風(fēng)機(jī)大功率變化趨勢(shì)以及目前較高的漂浮式風(fēng)電造價(jià)，國內(nèi)企業(yè)正在開展大功率漂浮式風(fēng)電基礎(chǔ)的研制。中國海油在“海油觀瀾號(hào)”基礎(chǔ)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(fēng)電基礎(chǔ)的研發(fā)——半潛式風(fēng)電基礎(chǔ)與張力腿風(fēng)電基礎(chǔ)，其中半潛式風(fēng)電基礎(chǔ)預(yù)計(jì)2025年完成并網(wǎng)發(fā)電，張力腿風(fēng)電基礎(chǔ)也預(yù)計(jì)在“十五五”期間開展示范應(yīng)用。
系泊系統(tǒng)、錨等關(guān)鍵產(chǎn)品也占據(jù)了重要的投資比例?；谀壳捌∈斤L(fēng)電錨基礎(chǔ)、海底張緊器、新型纖維纜等關(guān)鍵產(chǎn)品依賴國外進(jìn)口的現(xiàn)狀，中國海油等國內(nèi)企業(yè)正在開展相關(guān)產(chǎn)品國產(chǎn)化的研究，以實(shí)現(xiàn)漂浮式風(fēng)電基礎(chǔ)的進(jìn)一步降本。
探索海上風(fēng)電與油氣田區(qū)域電力系統(tǒng)互補(bǔ)供電
國家能源局發(fā)布的《加快油氣勘探開發(fā)與新能源融合發(fā)展行動(dòng)方案（2023~2025年）》指出，“海上風(fēng)電開發(fā)為油氣平臺(tái)提供綠色電力，替代分散式燃?xì)饣蛉加桶l(fā)電，提高能源使用效率、降低碳排放，形成海上風(fēng)電與油氣田區(qū)域電力系統(tǒng)互補(bǔ)供電模式?！?/span>
根據(jù)該方案，中國海油結(jié)合海上油氣田開發(fā)需求，布局海上風(fēng)電為油氣田供電工程。“海油觀瀾號(hào)”7.25兆瓦漂浮式風(fēng)電在南海西部就位，電力并入海南文昌油田群電網(wǎng)。投產(chǎn)后，年平均發(fā)電量可達(dá)2200萬千瓦時(shí)。通過油田能源管理系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以及風(fēng)功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)之間的相互配合，油田群的4個(gè)燃料電站與風(fēng)電平臺(tái)融合為一體，確保了油田風(fēng)電微電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了深遠(yuǎn)海風(fēng)電能源的就地消納。
受風(fēng)能變化快、風(fēng)力發(fā)電不穩(wěn)定的限制，目前國內(nèi)油氣田微電網(wǎng)可接入的穿透率僅在30%~40%之間。風(fēng)電制氫是針對(duì)風(fēng)電波動(dòng)和間歇性問題很好的解決方案。在風(fēng)電發(fā)電量大的時(shí)候，將多余的電能用于制氫，提高風(fēng)電的利用率；在風(fēng)電發(fā)電量小的時(shí)候，氫再次轉(zhuǎn)化為電力。中國海油已有2條長(zhǎng)距離大管徑的天然氣上岸管網(wǎng)，未來實(shí)現(xiàn)規(guī)?；L(fēng)電制氫后，還可以借由已有管道輸往陸上，用于陸上工業(yè)及民生的電氣需求。
國內(nèi)其他企業(yè)也在開展多種能源利用的探索。國家能源集團(tuán)龍?jiān)凑憬瓬貛X潮光互補(bǔ)型智能光伏電站實(shí)現(xiàn)全容量并網(wǎng)發(fā)電；中國科學(xué)院廣州能源研究所主持研發(fā)的半潛式波浪能養(yǎng)殖旅游平臺(tái)“澎湖號(hào)”成功下海；中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局牽頭研發(fā)的20千瓦海洋漂浮式溫差能發(fā)電裝置在南海成功完成海試。未來可結(jié)合國內(nèi)其他能源利用技術(shù)，共同納入海上油氣產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展中。
未來海洋新能源開發(fā)利用體系發(fā)展三大趨勢(shì)
一是形成海上油氣裝備多能互補(bǔ)的新型消納模式。當(dāng)前，國內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)海洋風(fēng)能與油氣設(shè)施的融合發(fā)展，未來隨著制氫、波浪能等發(fā)電技術(shù)的商業(yè)化發(fā)展，配合儲(chǔ)能技術(shù)，融合各類能源開發(fā)的通用性和差異性技術(shù)，還可在資源富集海域逐步構(gòu)建以風(fēng)能為主，光伏、波浪能、制氫等多個(gè)海洋可再生能源為輔的海上新型電力體系，從而構(gòu)建更加穩(wěn)定、甚至100%清潔能源替代的服務(wù)于海上油氣生產(chǎn)的多能互補(bǔ)和源網(wǎng)荷儲(chǔ)新型電力系統(tǒng)。
二是深遠(yuǎn)海漂浮式風(fēng)電實(shí)現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展。我國東南沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份用電需求量大，海上風(fēng)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(yuǎn)海風(fēng)電在輸送距離上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。加上資源稟賦較好，廣東與浙江附近的深遠(yuǎn)海風(fēng)電有望得到優(yōu)先開發(fā)。其中，中國海油依托南海海域已建的大量油氣設(shè)施及研發(fā)示范的大兆瓦漂浮式風(fēng)電船型，具備可直接在鄰近深水海域應(yīng)用、持續(xù)優(yōu)化和降本的深遠(yuǎn)海風(fēng)場(chǎng)開發(fā)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
陸地電力企業(yè)將采用從淺水到深水的海上發(fā)電路徑；海洋石油企業(yè)配合柔性直流輸電技術(shù)的研發(fā)，則采用由深水向淺水、由淺水向陸上的發(fā)電路徑。兩種路徑未來將同時(shí)存在，利用深遠(yuǎn)海風(fēng)電給陸地供電。
三是海洋新能源實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理智能化。海洋能源開發(fā)裝置和設(shè)備往往遠(yuǎn)離陸地，其運(yùn)維難度、成本和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)顯著提高。應(yīng)對(duì)新能源低成本運(yùn)維以及無人化運(yùn)維要求，海洋新能源領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)規(guī)?；悄芑\(yùn)維廠家，利用深度學(xué)習(xí)、數(shù)字孿生、元宇宙等技術(shù)開發(fā)智能運(yùn)維系統(tǒng)，借助智能化手段全面提升海洋能源開發(fā)設(shè)施的感知、協(xié)同、作業(yè)決策及自主優(yōu)化能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋能源的自主獲取、自主調(diào)配和自主監(jiān)督，進(jìn)一步提高整體協(xié)同效率。【作者系中海油研究總院總工程師（海洋工程）】
責(zé)任編輯：江蓬新
校對(duì)：許艷
