來源：中國軍網-解放軍報 責任編輯：李佳琦 發(fā)布：2024-11-22 07:09:56
海上“大風車”轉出綠色新動能
■張云帆 徐庚暉 肖青松
2024年10月，我國自主研發(fā)的全球最大功率漂浮式風電機組成功下線。新華社發(fā)
海風勁吹，浪花翻騰。一座座發(fā)電風機列陣深海，與風共舞，組成一幅“綠”“藍”交織的畫卷。
在廣袤無垠的藍色海洋上，一場能源變革的風暴正在興起。據(jù)新華社消息，2024年10月，我國自主研發(fā)的全球最大功率漂浮式風電機組成功下線。據(jù)悉，該風電機組僅風輪的直徑便達到了260米，功率等級可達20兆瓦，掃風面積53100平方米，相當于7個標準足球場。
該風電機組無疑是當今世界風電領域的翹楚，標志著我國在向海而興、向“綠”而行的道路上又邁出了堅實的一步。
與此同時，世界很多國家都在風電領域進行著不懈的探索。那么，各國為開發(fā)清潔的海上風電能源都做出了哪些努力？風力發(fā)電的歷史進程如何？現(xiàn)在全世界對風電資源的開發(fā)進展到了哪種程度？未來海上風電又具有哪些發(fā)展前景？請看本期關注。
風的力量大有可為
人類很早就開始了對風的利用。
《詩經》有云：“維南有箕，不可以簸揚?！边@里的“簸揚”是指農民將從土地里收來的糧食拋向空中，風吹走糧食中的灰塵，留下干凈的谷粒，即我們現(xiàn)在所說的“揚場”。
后來，人們又制造了機械用具，借助風力幫助農作。宋代出現(xiàn)的立軸式風車就是其中一個典型代表。數(shù)塊粗布被固定在風車豎起的軸架上，當風吹來，風力驅動使風車輪軸旋轉，旋轉的輪軸通過齒輪傳動機構帶動水車，從而達到汲水灌溉農田的目的。
在歐洲，荷蘭人基于相似的原理，曾利用風車協(xié)助排澇，參與研磨糧食。他們利用風車將水從地勢低洼處引排至大海，以解決海水倒灌造成的內澇問題。一座座拔地而起的風車，直到現(xiàn)在仍是西歐平原上一道美麗的風景。
除了直接利用風的能量，科學家也加強了對風的規(guī)律性總結和系統(tǒng)性歸納。17世紀，英國天文學家哈雷搜集總結資料，繪制了一幅全球海域范圍信風分布地圖。這幅信風分布圖，便捷直觀地展現(xiàn)了各海域的風向，為人們后來的航海出行提供了極大便利，對航海業(yè)的發(fā)展產生了深遠影響。
隨著第二次工業(yè)革命蓬勃興起，世界步入電氣時代，人們建立起了風和電的聯(lián)系。
1887年，蘇格蘭科學家詹姆斯·布萊斯發(fā)明了世界上第一臺風力發(fā)電機，并采用蓄電池儲存電能；1931年，最早的商業(yè)化風力發(fā)電機在蘇聯(lián)建造落地，首次采用了螺旋槳式葉片；20世紀中葉，美國出現(xiàn)了世界首個兆瓦級別的風電機組，并成功接入了當?shù)仉娋W；進入21世紀，風力發(fā)電機組的設計和制造技術仍在不斷進步，風電應用場景也在逐漸拓展，風力發(fā)電成為全球各國共同奔赴“碳達峰”“碳中和”目標的重要方式之一。
我國風電產業(yè)起步較晚，但發(fā)展速度不容小覷。
據(jù)公開報道，上世紀80年代，我國第一座風電場在山東榮成落地并網；1999年，第一臺國產風機通過驗收，標志著風電設備國產化的開始；“十三五”期間，我國風電已經從補充能源進入到替代能源的發(fā)展階段，在能源消費中的比重不斷增加；近3年，我國海上風電累計裝機容量穩(wěn)居世界第一，顯示出強大的發(fā)展勢頭。
縱觀歷史長河，我們可以發(fā)現(xiàn)，人類不懈地探索和挖掘風的潛力，已經在農業(yè)、氣象、電力等領域將風的力量轉化為實際效能。特別是在電力領域，風電在真正意義上“吹”入了尋常百姓家，成為推動社會可持續(xù)發(fā)展的強勁動力。
從陸地到海洋，風力發(fā)電迭代發(fā)展
時而猛烈，時而柔和……在戶外，我們幾乎每時每刻都能夠感受到風的存在。這些吹在人們身上的風，蘊藏著無窮的能量。
優(yōu)質的風場和高效的發(fā)電風機，是利用好風能的兩大核心要素。
風場，是一個描述環(huán)境中風的分布和特性的概念，它包括局部范圍內風向、風速等多個維度。優(yōu)質的風場往往具備風能資源豐富、風向穩(wěn)定等條件。風能資源與風速呈正相關，是實現(xiàn)規(guī)?；l(fā)電的基本條件。
發(fā)電風機，簡稱為“風機”，由葉輪、傳動機構、發(fā)電機等部件構成。其中，葉輪中轉動的葉片是風機捕獲風的決定性部件。直觀地說，葉片的外形、尺寸和角度設計得越考究，風機一次性能夠捕獲的風就越多，從而將風能更多地轉化為電能。
從選址地點來看，風力發(fā)電主要分為陸上和海上兩種形式。
當前，陸上風力發(fā)電規(guī)模仍占所有風電產能的九成以上，具有部件運輸方便、用地成本低廉、產品維護方便等優(yōu)勢，已具備較為成熟的發(fā)展經驗和完備的產業(yè)鏈，是這個領域當之無愧的主力軍。
不過，陸上風電項目仍較大地受限于地理因素。由于建設規(guī)模化風力發(fā)電設備需要兼具優(yōu)質的風場和地形條件，并不是每個國家或地區(qū)都可以找到適合陸上風力發(fā)電的土地。
相較于陸地，海上風場具有明顯的風速優(yōu)勢。數(shù)據(jù)顯示，同一地區(qū)，離岸10公里處的平均風速比沿岸地帶高25%以上。若能有效利用這些風，便可以獲得高于陸上風電場的發(fā)電效率。此外，海上風電場不占用耕地、牧地，具有更多的可支配空間。此外，海上發(fā)電對居民造成的噪聲污染和視覺影響均可忽略不計，這也是一個明顯的優(yōu)勢。
于是，海上大型風電機組應運而生。這些海上“大風車”具有碳纖維葉片結構、高精度軸承等專門為適應海上環(huán)境量身定制的零部件，支撐起海上風電整機大型化、遠?；牟椒ァ?/p>
研發(fā)人員還探索出適合深遠海作業(yè)的漂浮式風機模式。
漂浮式風機是深遠海風電技術最前沿的成果之一，由挪威、葡萄牙等歐洲國家率先提出并開展科研攻關。它克服了固定式海上風機對水深的限制，讓海上風電邁向更遠的海域。截至2023年末，歐洲漂浮式風電累計裝機容量已達208兆瓦，占到同類型產品全球裝機容量的近九成。
在未來，海上漂浮式風機還可以與海洋養(yǎng)殖、海上油氣開采等應用場景進行資源整合，進一步拓展綠色能源的經濟效益和應用領域。
海上風電耕織綠色未來
作為可再生能源的代表，海上風力發(fā)電技術雖發(fā)展較快，已具有較完備的技術和較好的經濟效益，但仍存在多個瓶頸。
——影響海洋環(huán)境。風電機組基礎建設、電纜敷設等施工過程會對海域地質造成一定影響，如改變海底泥沙分布、造成水體渾濁等。
——影響海洋生物。海上風電場可能會對海洋生物造成多方面的影響。例如，風電機組可能會占用鳥類的棲息地，影響鳥類的筑巢和繁衍；風電機組轉動產生的陰影和噪聲可能會對魚類和其他海洋生物的行為造成干擾；風電機組運行產生的電磁場也可能對海洋生物的方向感產生影響。
不過，為了減輕海上風電發(fā)展對環(huán)境的負面影響，持續(xù)開發(fā)風力發(fā)電產業(yè)潛力，各國政府、企業(yè)和專家學者都在積極提供對策，通過科學規(guī)劃選址、加強環(huán)境監(jiān)測和評估、推廣環(huán)保技術等方式避免對海洋環(huán)境的破壞。
據(jù)了解，目前，荷蘭、法國等國家持續(xù)推進技術創(chuàng)新，重點發(fā)展海上風電項目。歐洲風能協(xié)會預測，2024至2030年間歐洲新增風電裝機容量為260吉瓦，其中2024年的海上風電裝機預計占年度總裝機容量的比例約為42.9%，到2030年，歐洲海上風電的新增裝機容量有望反超陸上項目。
由于能源政策不斷優(yōu)化調整，我國風能產業(yè)始終保持著較好的發(fā)展勢頭。國家能源局公開的數(shù)據(jù)顯示，截至2024年上半年陸上風電累計裝機429.93吉瓦；海上風電累計裝機38.17吉瓦，同比增長21.33%，高于陸上增幅1個百分點。
我國還出臺了《海上風電開發(fā)建設管理辦法》等法律法規(guī)，規(guī)范海上風電開發(fā)建設秩序，推動企業(yè)采用先進施工技術，合理布局風電設施結構，促進海上風電產業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。
據(jù)報道，2024年6月，我國首個超大單機容量的海上風電場——三峽集團福建漳浦二期海上風電場全部并網發(fā)電，這標志著我國海上風電大型化發(fā)展實現(xiàn)新突破，為大型海上風電項目“挺進深藍”的目標提供了可靠的技術和裝備支持。
“朝來庭樹有鳴禽，紅綠扶春上遠林?！痹谖磥?，隨著科學研發(fā)進度的推進和更多利好政策的頒布，綠色能源結構將不斷優(yōu)化，以海上風電為代表的風能產業(yè)將繼續(xù)耕織人們對綠色家園的美好向往。
