绿电海上来

文／邹金儒

海上风力发电的健康发展是助力“双碳”目标实现的重要途径。

实现碳达峰、碳中和目标，是以习近平同志为核心的党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策。作为清洁能源的代表，风力发电的健康发展是助力“双碳”目标实现的重要途径。

我国海洋资源极为丰富，为风电逐渐向海上发展提供了有利条件。与陆上风电相比，海上风电有其独特的优势，但同时也面临着许多的困难和挑战。

急需解决的问题

随着风电发展规模的不断扩大，风电的发展逐渐向海上转移。与陆上风电相比，海上风电不需要占用土地，节省了土地资源。我国幅员辽阔，海上风电资源比陆地更加丰富，而且海上风电的发电利用小时数较陆上风电高。我国东部沿海经济发达，海上风电建设一般靠近负荷中心，可以大规模近距离输送，由此节省了发电成本。

我国拥有全球最大的海上风电市场。有数据显示，2021年，全球海上风电装机总量达到50.5GW。其中，我国风机总装机量达到16.9GW，累计装机容量达到26.39GW，发展遥遥领先。虽然2022年海上风电的新增投产量逐渐放缓，但总体仍处于稳步上升阶段。海上风电凭借其独特的优势，引领着风电产业的发展。

虽然我国海上风电正在向着规模化、商业化高速发展，但是与陆上风电相比还存在着许多急需解决的问题。

首先，因为海上平台的建设空间有限，所以海上风机、气象站以及测风塔等的安装建设难度比较大、对技术的要求较高，同时加大了建设成本，这就要求设备的集成化、模块化程度高。

其次，与陆上风电场相比，海上的气象条件更加复杂，容易受到台风等恶劣天气的影响，因此天气数据的预报必须更加准确。同时，由于极端天气的影响，气象数据的收集可能会不足，从而导致对海上风电功率的预测不准确，带来调度困难和弃风现象。

再次，海上风机发出的电能需要经过海底电缆与陆上的电力系统相连接，风能具有不确定性和随机性等特征，大量的风电并网可能会造成电压波动和系统震荡，需要采用可靠的风电并网优化技术。

最后，海上风电站的建设成本较陆上风电场高，运行维护较为困难，成为制约海上风电发展最为关键的因素。正因如此，对海上风电设备有较高的可靠性要求。

加大技术研发力度

海上风电将是未来风电发展的方向。目前，需要加大海上风电技术的研发力度。

加大关键技术的研发力度。大力发展海上风电离不开关键技术的支持，目前制约海上风电发展的是成本较高的问题，而这个问题需要通过不断提高关键技术，减小损耗来解决。

增强深海技术研发力度。海上风电逐渐由近海向远海推进是普遍的发展趋势。深海与近海相比环境更加恶劣，这对设备的技术要求就更高。深海到岸边的距离更远，加大了运维人员到海上风电站检修的时间与距离，降低了运维管理的效率，增加了运维成本，因此必须强化创新能力，提高数据支撑和技术支持。

以海上风电并网技术为例。海上风电场并网方案的选择需要综合输送容量、输送距离以及经济性、可靠性等因素进行考虑。

在对交流输电并网、传统的高压直流输电并网、轻型高压直流输电并网、MMC-HVDC并网等几种海上风电并网方式的传输容量、动态性能和运行经济性等进行的研究表明，MMC-HVDC比较适合应用于大容量、长距离的海上风电并网；交流输电并网方式的构成模型相对比较简单，在建造时所需成本较低，适用于规模较小、传输距离短的海上风电并网；传统的高压直流输电并网传输容量大大提升，不受距离的限制，但是需要安装大容量的滤波装置；轻型高压直流输电方式由于在并网中应用了新型的全控型电力电子器件，因此输电方式比较灵活。

通过对高压交流并网、高压直流并网和柔性直流输电并网三种并网方式进行对比分析并从经济性方面着重研究柔性直流输电并网方式表明，海上发电并网领域将是未来重要的研究方向。

通过搭建模型的方法，对交流输电并网和柔性直流输电并网的海上发电并网方式进行了仿真，并研究了这两种并网方式的故障特性，综合考虑了设备造价、建设成本以及输电损耗等经济性因素，发现在相同输送容量的条件下交流输电损耗比直流损耗多，但直流系统比交流系统造价要高。总的来说，直流输电并网方式的优势更加明显。

加强运维管理与控制

海上风电由于受海洋天气等特殊气候条件的影响，其运维成本不仅大大高于陆上风电，还高于初期建设成本，这也是制约海上风电发展最重要的因素。

●供图/视觉中国

根据海上风电场的独特性，可以运用大数据平台、智能化控制等新技术建立专门的智能运维管理系统。开发可靠高效的状态监测与故障诊断系统，使其可以尽早发现故障并维护，减少设备故障发生率，做到早发现早维护，提高系统运行的稳定性。

目前已开发出了一种智能运维管理平台，通过智能化的方式统筹海上风电的运维，有效提高了海上风电运维的效率并降低了成本。除此之外，可以借助对海上风电场运行情况进行监控的监控中心建立起覆盖周围大部分风电场的海上风力发电机组综合数据检测中心。这样可以利用多种数据源的风力发电机组管理运维大数据的收集、分类与统计，并利用大数据分析系统的实际运行状况，完成风力发电机组的事故报警、智能检测和寿命预估等工作。

针对海上运维可达性差的问题，有人提出了采用新型运维船的方法。这种船尺寸更大、船速更快、抗海浪的能力更强，与传统的运维船相比更加安全。而且，这种新型运维船还有各种不同的尺寸，可以根据海域的不同选择不同的船型。

陈述等人通过环境因素对海上风电场运维工作的影响，对考虑气象影响海上风电场运维工作进行分析，提出了一种基于Anylogic平台的海上风电场运维效益经济评价仿真模型，对海上风电场运维的经济效益进行评估。该模型可以实现准确地推算出电量损失、利用率和运维成本等多种指标，为海上风电场运维计划的安排提供了数据支撑。