南方電網(wǎng)公司董事、黨組副書記 畢亞雄
清潔低碳是全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的必然趨勢。作為全球最大的能源生產(chǎn)和消費國，中國大力推動非化石能源發(fā)展和能源轉(zhuǎn)型。黨中央高瞻遠矚，描繪了我國綠色發(fā)展的宏偉藍圖，確立了2030年碳達峰、2060年碳中和的目標,提出了“雙碳”目標下構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的要求，明確了新時代能源電力的發(fā)展方向，也為全國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了良好的環(huán)境。
全球海上風(fēng)電蓬勃發(fā)展
近年來，全球海上風(fēng)電呈現(xiàn)持續(xù)發(fā)展態(tài)勢。截至2021年底，全球海上風(fēng)電累計裝機4859萬千瓦，中國海上風(fēng)電裝機2069萬千瓦，占比42.59%。2021年全球新增海上風(fēng)電裝機容量約1340萬千瓦，其中，中國約1080萬千瓦，占比80%，排名第一;荷蘭為1130萬千瓦，排名第二。
根據(jù)全球風(fēng)能理事會統(tǒng)計和預(yù)測，未來20年，全球海上風(fēng)電規(guī)劃裝機將每年增長13%。到2030年，全球規(guī)劃新增裝機約2億千瓦;到2040年，預(yù)測海上風(fēng)電裝機將增加到約5.6億千瓦。未來海上風(fēng)電的增長將主要集中在歐盟、中國、美國、韓國、日本和印度。
全球海上風(fēng)電發(fā)展取得了巨大成績，積累了以下幾方面的經(jīng)驗：一是規(guī)范化市場機制提升了海上風(fēng)電開發(fā)效率。明確的市場職責(zé)分工、規(guī)范的管理制度及高效的審批機制極大地簡化了海上風(fēng)電開發(fā)流程，提升了海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)效率。
二是產(chǎn)業(yè)鏈高效協(xié)同有效降低海上風(fēng)電開發(fā)成本。通過高效整合規(guī)劃設(shè)計、整機制造、施工安裝、交通運輸、運營維護的海上風(fēng)電全產(chǎn)業(yè)鏈，細化產(chǎn)業(yè)分工，利用產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)降低海上風(fēng)電建設(shè)運營成本，促進海上風(fēng)電高速發(fā)展。
三是技術(shù)創(chuàng)新有效促進了海上風(fēng)電降本提質(zhì)。國際上普遍采用的大容量機組、一體化設(shè)計、大型海工裝備等技術(shù)創(chuàng)新，有效促進海上風(fēng)電降本提質(zhì)。
四是風(fēng)電試驗場及產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)促進海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。海上風(fēng)電試驗場對推動海上風(fēng)電新機型、新技術(shù)推廣應(yīng)用發(fā)揮了重大作用，海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)基地則發(fā)揮了重要的規(guī)模化效益，促進海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。
五是有力的網(wǎng)源協(xié)調(diào)規(guī)劃及配套電網(wǎng)建設(shè)對保障海上風(fēng)電消納起到重要作用。合理的源網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展規(guī)劃和海上風(fēng)力資源富集地區(qū)骨干網(wǎng)架建設(shè)，充分保障了區(qū)域海上風(fēng)電的開發(fā)建設(shè)與高比例消納。
大規(guī)模海上風(fēng)電并網(wǎng)的挑戰(zhàn)
當(dāng)海上風(fēng)電大規(guī)模接入時，電力系統(tǒng)將面臨電力可靠供應(yīng)、安全穩(wěn)定運行、經(jīng)濟性、體制機制諸多方面的挑戰(zhàn)。
可靠性方面，海上風(fēng)電出力的隨機性、波動性強，預(yù)測難度大，部分時段出力極低，特殊時段出力近零，反調(diào)峰特性明顯，隨著接入規(guī)模擴大，僅依靠常規(guī)電源調(diào)節(jié)，將無法實現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)平衡和功率調(diào)節(jié)，威脅電力的可靠供應(yīng)。
安全性方面，風(fēng)電機組電力電子化特征明顯，打破傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備機械系統(tǒng)的“經(jīng)典”慣性特征，目前無法像常規(guī)發(fā)電機組一樣參與電網(wǎng)頻率的快速調(diào)節(jié)以支撐電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，因此當(dāng)海上風(fēng)電場大規(guī)模接入電網(wǎng)后，將導(dǎo)致電力系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)動慣量水平降低，電力系統(tǒng)的頻率抗擾動能力明顯弱化，將增大傳統(tǒng)大火電、大水電等機組的調(diào)節(jié)壓力，不利于電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及電力系統(tǒng)的健康發(fā)展。
經(jīng)濟性方面，隨著海上風(fēng)電持續(xù)發(fā)展的規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)迭代，未來自身成本有望進一步下降。但短期來看，海上風(fēng)電場的初始投資成本難以降低，大規(guī)模海上風(fēng)電利用需要常規(guī)電源和儲能提供有效容量以便穩(wěn)定使用，導(dǎo)致輔助性投資系統(tǒng)的成本也居高不下。同時，海上環(huán)境復(fù)雜，風(fēng)電場的運行成本也顯著高于陸上風(fēng)電場，對海上風(fēng)電場經(jīng)濟性帶來一定挑戰(zhàn)。
體制機制方面，海上風(fēng)電建設(shè)運營過程中，需要考慮更合理的利益分配方式，兼顧各方面的正當(dāng)要求，建立產(chǎn)業(yè)鏈廣大參與方得以可持續(xù)發(fā)展的配套政策、市場機制、利益保障體制機制。
這些問題，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)共同努力，有針對性地合作技術(shù)攻關(guān)加以解決。
推動海上風(fēng)電高質(zhì)量發(fā)展
為實現(xiàn)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，首先需要從整個生態(tài)鏈出發(fā)，建立共同目標，凝聚各方力量，做好頂層設(shè)計，從技術(shù)、經(jīng)濟等方面共同發(fā)力，推動海上風(fēng)電高質(zhì)量發(fā)展。
在提高海上風(fēng)電可靠性方面，既要研究海上風(fēng)電精準預(yù)測技術(shù)，結(jié)合數(shù)值天氣預(yù)報和AI組件、大數(shù)據(jù)以及超算能力，開展基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的人工智能輕量化海上風(fēng)電場建模和高精度發(fā)電(出力)預(yù)測，以促進運行方式安排，解決靜態(tài)、動態(tài)電力平衡問題。
現(xiàn)階段，南方電網(wǎng)公司已經(jīng)開展海上風(fēng)電精準預(yù)測關(guān)鍵技術(shù)研究，南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)集團有限公司自主編碼建立了10多種預(yù)測算法模型，研發(fā)了“夸父”系列新能源高精度預(yù)測產(chǎn)品，經(jīng)實例驗證，可有效提高海上風(fēng)電發(fā)電預(yù)測準確率。
還要研究提高協(xié)同互補能力，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲一體化規(guī)劃與運行，增強各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)性，提升系統(tǒng)靈活性，彌補海上風(fēng)電出力隨機性、波動性、間歇性給供需平衡和電網(wǎng)安全帶來的沖擊。
目前，南方電網(wǎng)公司已經(jīng)開展了《構(gòu)建新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵問題及措施》《南方電網(wǎng)“十四五”儲能發(fā)展規(guī)劃》等專題研究，明確了實現(xiàn)海上風(fēng)電與電網(wǎng)的協(xié)同，關(guān)鍵在于發(fā)展不同功能定位的儲能及布局，主要包括：抽水蓄能和電化學(xué)儲能等，以及推進電源側(cè)儲能建設(shè)、電網(wǎng)側(cè)儲能合理化布局。實現(xiàn)源網(wǎng)協(xié)同互補，不僅需要統(tǒng)籌好海上風(fēng)電開發(fā)與系統(tǒng)送出工作，確定海上風(fēng)電配套儲能規(guī)模與控制策略，還需匹配政策機制，促進源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)發(fā)展。
在提升海上風(fēng)電安全性方面，首先要實現(xiàn)機網(wǎng)安全高效協(xié)同要求，研究優(yōu)化完善大型海上風(fēng)力發(fā)電機組主控技術(shù)，研發(fā)10兆瓦及以上大型海上風(fēng)電機組主控裝置，增強機組的風(fēng)—浪—流—涌耦合影響下安全穩(wěn)定運行、智能化抗臺風(fēng)能力，提升機組對我國沿海臺風(fēng)氣候的適應(yīng)能力，促進海上風(fēng)電機組大型化、智能化發(fā)展。
目前，南方電網(wǎng)公司牽頭承接了廣東省重點研發(fā)計劃項目“10MW及以上海上風(fēng)力發(fā)電機組主控裝置研發(fā)”。聯(lián)合風(fēng)機制造商、高校等開展攻關(guān)，力圖以網(wǎng)源控制調(diào)節(jié)策略最匹配、最適應(yīng)和經(jīng)濟技術(shù)最優(yōu)，攻克10兆瓦及以上“直驅(qū)+半直驅(qū)”海上風(fēng)電機組的主控核心關(guān)鍵技術(shù)，自主研制應(yīng)對臺風(fēng)的智能化風(fēng)機主控裝置。
其次，要研究海上風(fēng)電功率主動支撐技術(shù)，面向海上風(fēng)電場，研發(fā)功率快速控制系統(tǒng)，增強海上風(fēng)電場的一次調(diào)頻控制能力、AGC/AVC控制能力，推動構(gòu)建電網(wǎng)友好型海上風(fēng)電場，提升對系統(tǒng)的頻率支撐能力，提高新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定裕度。
目前，南方電網(wǎng)公司已經(jīng)穩(wěn)步推進面向新型電力系統(tǒng)邊緣控制的“智控”系列產(chǎn)品研發(fā)。其中，“智控”I型產(chǎn)品將面向海上風(fēng)電場開展功率快速控制，并同步開展“智控”系列產(chǎn)品配套專用芯片關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用工作。希望各方共同合作，積極推進場站端功率快速控制系統(tǒng)部署，合作打造電網(wǎng)友好型海上風(fēng)電場。
在安全性方面，要開展構(gòu)網(wǎng)型海上風(fēng)電控制技術(shù)研究，促進海上風(fēng)電的外特性從電流源向電壓源轉(zhuǎn)變，并提供與同步機相似的慣量特性，提升電網(wǎng)適應(yīng)性，提升弱系統(tǒng)下的功率傳輸極限，降低電網(wǎng)復(fù)雜環(huán)境下振蕩風(fēng)險。另外，還要研究電網(wǎng)與海上風(fēng)電場協(xié)同控制技術(shù)，推動海上風(fēng)電場可靠響應(yīng)系統(tǒng)側(cè)下達的功角、慣量等方面控制要求，保障系統(tǒng)的靜態(tài)、暫態(tài)以及動態(tài)功率平衡，進一步提升海上風(fēng)電對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的支撐能力，更好地適應(yīng)新型電力系統(tǒng)中新能源占比逐步提高的趨勢。
目前，南方電網(wǎng)公司已完成構(gòu)網(wǎng)型海上風(fēng)電控制的理論研究和仿真建模，正在開展實證試驗平臺建設(shè);推動構(gòu)網(wǎng)型樣機在海風(fēng)場景的試制與試用;同步建立構(gòu)網(wǎng)型變流器技術(shù)規(guī)范體系，規(guī)范構(gòu)網(wǎng)型控制在統(tǒng)一技術(shù)框架下功能和性能要求。
在提升海上風(fēng)電經(jīng)濟性方面，經(jīng)過綜合調(diào)研和分析，目前廣東省海上風(fēng)電典型造價約為17600元/千瓦。風(fēng)電機組及塔筒、風(fēng)電機組基礎(chǔ)、海纜環(huán)節(jié)在海上風(fēng)電建設(shè)成本中占比較高，分別占初始投資的45%、27%和19%;同時，海上風(fēng)電場的運營費用居高不下，全生命周期動態(tài)運營成本約等于海上風(fēng)電初始投資，而運維成本、貸款利息成本以及稅收成本三者分別占總運營成本的48%、30%和22%。
降低海上風(fēng)電成本，關(guān)鍵在于突破降本技術(shù)、實現(xiàn)智慧運維。通過測算各項核心技術(shù)對降低海上風(fēng)電各主要環(huán)節(jié)成本的貢獻，促成風(fēng)機及塔筒制造成本、樁基礎(chǔ)建設(shè)成本、運維成本等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的降本，可有效促進海上風(fēng)電全生命周期成本的下降。
南方電網(wǎng)公司主要聚焦海上風(fēng)電送出方面，研究高可靠、低成本集中送出技術(shù)，全方位降低海上風(fēng)電送出系統(tǒng)成本，提升海上風(fēng)電經(jīng)濟性。
目前，南方電網(wǎng)公司已研究形成±500千伏/2000兆瓦海上風(fēng)電匯集送出方案，可實現(xiàn)單位容量電容用量降低20%、平臺重量降低40%、成本降低25%，極大提高了海上風(fēng)電建設(shè)的經(jīng)濟性。
在海上風(fēng)電體制機制方面，首先，要形成集約化開發(fā)、規(guī)模化送出的發(fā)展局面，總體規(guī)劃海上風(fēng)電開發(fā)、建設(shè)和并網(wǎng)各環(huán)節(jié)，促進資源集約化利用;優(yōu)化投資分界面，推動以“海上升壓站/換流站”為劃界的投資運營模式，實現(xiàn)發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的產(chǎn)權(quán)劃分及資源整合，實現(xiàn)邊際效益的最大化，這是最直接和有效的降本措施。
其次，積極探索建立海上風(fēng)電參與碳交易市場的模式和機制，海上風(fēng)電作為零排放的清潔能源，應(yīng)積極參與碳市場交易，爭取獲得相應(yīng)的碳減排收益，以促進降本增效。
最后，積極拓展海上風(fēng)電場衍生(附帶)產(chǎn)業(yè)及多能協(xié)調(diào)發(fā)展，促進產(chǎn)業(yè)鏈良性循環(huán)。這里舉兩個例子，一是積極探索海洋牧場與海上風(fēng)電融合發(fā)展，在帶動能源和漁業(yè)經(jīng)濟的同時，不忘保護近海生態(tài)環(huán)境。二是促進海上風(fēng)電、波浪能、太陽能等多類型能源資源開發(fā)，實現(xiàn)多類型能源互補利用，同時還提高運維安全系數(shù)。
南方電網(wǎng)公司正在全面服務(wù)和融入海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，從制度層面促進海上風(fēng)電消納。由廣東電網(wǎng)海上風(fēng)電服務(wù)分公司統(tǒng)一面向海上風(fēng)電業(yè)主，為海上風(fēng)電送出和并網(wǎng)提供專業(yè)化、一站式服務(wù)。由相關(guān)分子公司負責(zé)具體承接，提供海上風(fēng)電工程規(guī)劃咨詢、工程設(shè)計、試驗檢測、運維調(diào)試、軟硬件開發(fā)、施工建設(shè)等產(chǎn)品和服務(wù)。
南方電網(wǎng)公司積極服務(wù)海上風(fēng)電發(fā)展，推動價值鏈整合，促進新能源事業(yè)共同進步。促進海上風(fēng)電健康發(fā)展，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游建立共同目標，做強做優(yōu)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)。產(chǎn)業(yè)鏈上下游應(yīng)樹立“提升我國海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)競爭力”的共同目標;做好科技研發(fā)、裝備制造、工程建設(shè)、運行維護等全產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)分工協(xié)作的系統(tǒng)規(guī)劃;以創(chuàng)新為主要引領(lǐng)和支撐，實現(xiàn)降本增效，以全域多種能源發(fā)電能力互補、全系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)性能協(xié)同、全市場動力機制優(yōu)化配合，解決目前海上風(fēng)電建設(shè)運維成本高等難題。
各方需要共同協(xié)作，互相支撐，破解發(fā)展難題。聚焦各自優(yōu)勢，既明確分工又相互協(xié)作，同時，加大聯(lián)合攻關(guān)、項目示范等力度，全力破解海上風(fēng)電機組穩(wěn)定性冗余設(shè)計優(yōu)化和發(fā)電精準預(yù)測、機組主控及整場快速功率控制、海上風(fēng)電柔性并網(wǎng)等技術(shù)難題;充分研究海上風(fēng)電與儲能、煤電、水電、核電等其他能源協(xié)調(diào)作用，統(tǒng)籌謀劃降低海上風(fēng)電接入對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響;充分發(fā)揮海上風(fēng)電規(guī)模化發(fā)展優(yōu)勢，降低海上風(fēng)電開發(fā)成本，提升海上風(fēng)電發(fā)展競爭力。
南方電網(wǎng)公司將堅決貫徹落實習(xí)近平總書記“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略，全力服務(wù)和支撐國家加快構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，以實際行動更好地服務(wù)和融入海上風(fēng)電發(fā)展，加快推動新型電力系統(tǒng)建設(shè)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
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