风从海上来 绿电入万家

李汉龙

能源是人类生存和发展的重要物质基础，也是推动社会经济发展的原动力。在当今世界的能源结构中，人类消耗的主要是煤炭、石油、天然气等化石能源。随着全球能源消费需求飞涨，化石能源被大规模开发使用，产生的二氧化碳等温室气体的大量排放，导致全球气候变暖，引发气候的极端变化。为应对气候变化，人类必须另辟蹊径，积极寻求能够替代化石能源的新能源和可再生能源，逐步摆脱对传统化石能源的依赖。

从“黑金”到风力，能源一直在进化

回顾利用能源的进化史，人类经历了从低级到高级、从简单到复杂、从小量到大量的过程，先后走过了以柴薪为主、煤炭为主、石油和天然气为主的时期，正迈入以水能、风能、核能、太阳能、生物质能等新能源广泛利用的时代。煤炭、石油等，都是“一次能源”或称“天然能源”，它们存在于自然界中。而由“一次能源”转化和形成的电力、汽油、柴油、液化气等能源被称为“二次能源”或“人工能源”，在当今的人类社会使用更加广泛。

其中，电力是现在人类最常用和最重要的“二次能源”，它可以非常方便地转化成机械能、热能、化学能等其他形式的能量供人类使用。电力的神奇应用正在日新月异地改变着世界，让许多曾经令人神往的幻想，一个一个地变成了现实。当前，电力已经是人类现代文明的支柱，其应用程度成了衡量一个国家发展水平的主要标志之一。

火力发电是历史最悠久的，也是当今世界各国所采用的最重要发电方式，包括燃煤发电、燃气发电等。燃煤发电通过在锅炉中燃烧煤炭等燃料，产生热能并将水加热，使水变成高温、高压的水蒸气，然后由水蒸气驱动汽轮机转动，再带动发电机来发电。

据中国国家统计局信息显示，2021年以煤炭作为主要燃料的火力发电量依然占据我国发电总量的首位，为57702.7亿千瓦时，同比增长8.4%，约为我国社会发电量的71.13%。其中，广东省的火力发电量以4628.8亿千瓦时，排在山东省、内蒙古自治区、江苏省之后。

火力发电在给人类创造巨大社会效益和经济效益的同时，也产生了一些环境问题。作为碳排放的最大单一来源，煤炭仍是世界最为常见的一次能源。以煤为主是我国的基本国情，目前我国煤炭占一次能源消费57%，煤炭发电量占约60%，对我国经济安全发展至关重要。我国实现碳达峰必须立足这个实际，做好煤炭清洁高效利用的同时，发展可再生能源，推动煤炭和新能源优化组合，增加新能源消纳能力。

随着科学技术的发展和人类对环境保护的重视，新能源浪潮也正在重新塑造着电力工业，使得电力工业在可持续发展与安全环保领域谋求新的出路。作为近三十年间迅速发展并不断成熟、具有大规模发展潜力的风能发电，在未来有可能成为化石燃料的重要替代能源。與化石燃料不同的是，风能是一种储藏量很大的、清洁的、可再生的新型能源。利用这种清洁能源来进行发电，能够使环境污染降至最低，也使人类的健康和地球上其他生命免受不良影响。

从陆地到海洋，风电推动能源转型

太阳持续照射地球，向地球表面稳定地输送光和热。但是地球表面有陆地、海洋以及山川、森林、沙漠等各种地形，造成各处地形环境接受到的太阳光热不均匀，引起大气层中压力的分布也不均匀，从而使空气沿着水平方向运动，进而形成了强大的动能，这就是风能。风能的利用就是将流动空气拥有的动能转化为其他形式的能量。

科学家们曾估计，虽然到达地球的太阳能中只有大约2%转化成风能，但是其总量仍然非常可观。根据世界气象组织估算，全球风能约为2.74×109兆瓦，其中可利用的风能为2×107兆瓦，它比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍，相当于10800亿吨标准煤产生的能量。全世界每年燃烧煤炭获得的能量，还不到风力在同一时间内提供给人类的能量的1%。可见，风能是非常丰富且重要的能源之一。合理利用风能，既可以减少环境污染，又可缓解能源短缺的压力。

人类对风能的利用有着漫长的历史，世界上最早利用风能的记载可以追溯到公元前的古埃及、古巴比伦和中国。公元前2世纪，古波斯人就利用垂直轴风车碾米;公元10世纪，伊斯兰人用风车提水;11世纪，风车在中东已经获得广泛的应用;13世纪，风车传至欧洲;14世纪，风车已成为欧洲不可缺少的原动机，其中荷兰先将风车用于低湿地的汲水，后又用于榨油和锯木。此后，由于蒸汽机的出现，欧洲风车数目才急剧下降。在中国，人们很早就学会了利用风力进行提水、灌溉、磨面、锯木、舂米和推动船舶前进等。宋代更是中国应用风车的全盛时代，当时流行的垂直轴风车一直沿用至今。

虽然地球上的风能资源十分丰富，但是风能资源受地形的影响较大，世界风能资源多集中在开阔大陆的收缩地带和沿海地区。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿千瓦。其中，陆地上风能储量约2.53亿千瓦（按陆地上离地10米高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿千瓦，远超可利用水能资源的3.78亿千瓦。

与其他能源相比，风能发电对环境的影响小，无须使用燃料，也不会带来空气污染的问题;风电工程建设周期短，从开工到投产一般仅需两年左右;风能是永久性的本地资源，资源丰富，运输成本低，能保证长期稳定供应;风电对人力资源要求也简单，有的风力发电机能持续工作数十年，而仅需少量人员进行维护及监控。很多专家认为，从技术成熟度及经济可行性看，风能发电最具竞争力，它将成为新能源的主角。

沿海地区是全球陆上风资源最为丰富的区域，其主要特点是风速大、有效小时数长、分布范围广。随着陆上风资源的大规模开发利用，海上风电更凭借风资源持续稳定、风速高、发电量大、不占用土地资源等以及海上风电靠近经济发达地区，距离电力负荷中心近，风电并网和消纳容易等优势，越来越得到各国的青睐。我国沿海省份工业发达、耗电量大，但缺少传统能源，电力供应始终难以完全满足需求。因此，沿海各省市近年来竞相发展海上风电，将风能发电确定为发展可替代能源的主要方向。

从全球到广东，海上风电高速发展

海上风电是将海上风能转换为电能的一种发电方式，利用海上风能发电的发电厂称为海上风电场。中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司（以下简称“中国能建广东院”）副总工程师、风能技术中心主任周冰介绍：“随着海上风电场走向深远海，采用柔性直流输电方式进行海上送出的海上风电场将越来越多。采用柔性直流送出的海上风电场主要由海上风电机组、集电海缆、海上升压站、海上换流站、高压送出海缆和陆上换流站等几部分组成。海上风电机组发出的电能通过集电海缆匯集接入海上升压站，升压后通过高压送出海缆接入海上换流站变换为直流电能，通过高压直流海缆送至陆上换流站后变换为交流电后接入电网。”

据了解，海上风电的发展起步于欧洲，世界上第一个海上风电场是丹麦Vindeby海上风电场，于1991年实现并网运行。至2000年底，全球仅有8个小型海上风电项目，2001年起，欧洲海上风电进入商业化示范性建设阶段，尤其是近10年来，欧洲海上风电市场保持着高速增长。根据全球风能理事会（GWEC）的统计数据，2021年，全球海上风电新增并网量达到2110万千瓦，创下历史新高，全球海上风电累计装机量达到5700万千瓦，同比上涨了7%。

我国海上风电起步较晚，国内第一个海上风电场——上海东海大桥海上风电场于2005年启动建设，2010年建成投产。从2016年开始，我国海上风电开始了高速发展。国家能源局的数据显示，2021年全国新增海上风电装机1690万千瓦，累计装机规模达到2638万千瓦，跃居世界第一。

“广东省海上风电起步于2009年，根据《国家能源局关于印发海上风电场工程规划工作大纲的通知》，广东省发展和改革委员会（以下简称“省发改委”）组织开展了广东省海上风电场工程规划编制工作。2012年8月，在省发改委的指导下，中国能建广东院编制的《广东省海上风电场工程规划》获取批复并正式印发，成为我国首个获得国家能源局批准的省级海上风电规划报告。2014年12月，国家能源局印发了《全国海上风电开发建设方案（2014—2016）》，方案包括了广东省的珠海桂山、湛江外罗、阳江沙扒、阳江南鹏岛等项目。”全国工程勘察设计大师、中国能建广东院总经理彭雪平向笔者介绍说：“‘十三五’以来，广东省奋起直追，有序推进海上风电开发，实现了跨越式发展。”

2018年4月，广东省首个海上风电示范项目——珠海桂山一期海上风电场示范项目首批风机并网发电，实现了海上风电并网“零的突破”。截至2021年底，全省海上风电累计并网装机容量约650万千瓦，占全国的24.6%，位居全国第二。展望“十四五”，广东省计划新增海上风电装机容量约1700万千瓦，建成一批世界一流的海上风电基地，促进能源绿色转型，推动实现“双碳”目标。