南方電網公司董事、黨組副書記 畢亞雄：“雙碳"目標下的海上風電高質量發(fā)展路徑

南方電網公司董事、黨組副書記 畢亞雄

　　清潔低碳是全球能源轉型發(fā)展的必然趨勢。作為全球最大的能源生產和消費國，中國大力推動非化石能源發(fā)展和能源轉型。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，也為全國海上風電產業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了良好的環(huán)境。

　　全球海上風電蓬勃發(fā)展

　　近年來，全球海上風電呈現(xiàn)持續(xù)發(fā)展態(tài)勢。截至2021年底，全球海上風電累計裝機4859萬千瓦，中國海上風電裝機2069萬千瓦，占比42.59%。2021年全球新增海上風電裝機容量約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。

　　根據全球風能理事會統(tǒng)計和預測，未來20年，全球海上風電規(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，預測海上風電裝機將增加到約5.6億千瓦。未來海上風電的增長將主要集中在歐盟、中國、美國、韓國、日本和印度。

　　全球海上風電發(fā)展取得了巨大成績，積累了以下幾方面的經驗：一是規(guī)范化市場機制提升了海上風電開發(fā)效率。明確的市場職責分工、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電開發(fā)流程，提升了海上風電開發(fā)建設效率。

　　二是產業(yè)鏈高效協(xié)同有效降低海上風電開發(fā)成本。通過高效整合規(guī)劃設計、整機制造、施工安裝、交通運輸、運營維護的海上風電全產業(yè)鏈，細化產業(yè)分工，利用產業(yè)集群效應降低海上風電建設運營成本，促進海上風電高速發(fā)展。

　　三是技術創(chuàng)新有效促進了海上風電降本提質。國際上普遍采用的大容量機組、一體化設計、大型海工裝備等技術創(chuàng)新，有效促進海上風電降本提質。

　　四是風電試驗場及產業(yè)基地建設促進海上風電產業(yè)良性發(fā)展。海上風電試驗場對推動海上風電新機型、新技術推廣應用發(fā)揮了重大作用，海上風電產業(yè)基地則發(fā)揮了重要的規(guī)模化效益，促進海上風電產業(yè)良性發(fā)展。

　　五是有力的網源協(xié)調規(guī)劃及配套電網建設對保障海上風電消納起到重要作用。合理的源網協(xié)調發(fā)展規(guī)劃和海上風力資源富集地區(qū)骨干網架建設，充分保障了區(qū)域海上風電的開發(fā)建設與高比例消納。

　　大規(guī)模海上風電并網的挑戰(zhàn)

　　當海上風電大規(guī)模接入時，電力系統(tǒng)將面臨電力可靠供應、安全穩(wěn)定運行、經濟性、體制機制諸多方面的挑戰(zhàn)。

　　可靠性方面，海上風電出力的隨機性、波動性強，預測難度大，部分時段出力極低，特殊時段出力近零，反調峰特性明顯，隨著接入規(guī)模擴大，僅依靠常規(guī)電源調節(jié)，將無法實現(xiàn)電網穩(wěn)態(tài)平衡和功率調節(jié)，威脅電力的可靠供應。

　　安全性方面，風電機組電力電子化特征明顯，打破傳統(tǒng)發(fā)電設備機械系統(tǒng)的“經典”慣性特征，目前無法像常規(guī)發(fā)電機組一樣參與電網頻率的快速調節(jié)以支撐電網頻率穩(wěn)定，因此當海上風電場大規(guī)模接入電網后，將導致電力系統(tǒng)整體轉動慣量水平降低，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、大水電等機組的調節(jié)壓力，不利于電網能源結構的優(yōu)化及電力系統(tǒng)的健康發(fā)展。

　　經濟性方面，隨著海上風電持續(xù)發(fā)展的規(guī)模效應和技術迭代，未來自身成本有望進一步下降。但短期來看，海上風電場的初始投資成本難以降低，大規(guī)模海上風電利用需要常規(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)境復雜，風電場的運行成本也顯著高于陸上風電場，對海上風電場經濟性帶來一定挑戰(zhàn)。

　　體制機制方面，海上風電建設運營過程中，需要考慮更合理的利益分配方式，兼顧各方面的正當要求，建立產業(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，需要產業(yè)鏈上下游企業(yè)共同努力，有針對性地合作技術攻關加以解決。

　　推動海上風電高質量發(fā)展

　　為實現(xiàn)海上風電產業(yè)的高質量發(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，做好頂層設計，從技術、經濟等方面共同發(fā)力，推動海上風電高質量發(fā)展。

　　在提高海上風電可靠性方面，既要研究海上風電精準預測技術，結合數值天氣預報和AI組件、大數據以及超算能力，開展基于數據驅動的人工智能輕量化海上風電場建模和高精度發(fā)電(出力)預測，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，南方電網公司已經開展海上風電精準預測關鍵技術研究，南方電網數字電網集團有限公司自主編碼建立了10多種預測算法模型，研發(fā)了“夸父”系列新能源高精度預測產品，經實例驗證，可有效提高海上風電發(fā)電預測準確率。

　　還要研究提高協(xié)同互補能力，實現(xiàn)源網荷儲一體化規(guī)劃與運行，增強各環(huán)節(jié)協(xié)調性，提升系統(tǒng)靈活性，彌補海上風電出力隨機性、波動性、間歇性給供需平衡和電網安全帶來的沖擊。

　　目前，南方電網公司已經開展了《構建新型電力系統(tǒng)關鍵問題及措施》《南方電網“十四五”儲能發(fā)展規(guī)劃》等專題研究，明確了實現(xiàn)海上風電與電網的協(xié)同，關鍵在于發(fā)展不同功能定位的儲能及布局，主要包括：抽水蓄能和電化學儲能等，以及推進電源側儲能建設、電網側儲能合理化布局。實現(xiàn)源網協(xié)同互補，不僅需要統(tǒng)籌好海上風電開發(fā)與系統(tǒng)送出工作，確定海上風電配套儲能規(guī)模與控制策略，還需匹配政策機制，促進源網荷儲協(xié)調發(fā)展。

　　在提升海上風電安全性方面，首先要實現(xiàn)機網安全高效協(xié)同要求，研究優(yōu)化完善大型海上風力發(fā)電機組主控技術，研發(fā)10兆瓦及以上大型海上風電機組主控裝置，增強機組的風—浪—流—涌耦合影響下安全穩(wěn)定運行、智能化抗臺風能力，提升機組對我國沿海臺風氣候的適應能力，促進海上風電機組大型化、智能化發(fā)展。

　　目前，南方電網公司牽頭承接了廣東省重點研發(fā)計劃項目“10MW及以上海上風力發(fā)電機組主控裝置研發(fā)”。聯(lián)合風機制造商、高校等開展攻關，力圖以網源控制調節(jié)策略最匹配、最適應和經濟技術最優(yōu)，攻克10兆瓦及以上“直驅+半直驅”海上風電機組的主控核心關鍵技術，自主研制應對臺風的智能化風機主控裝置。

　　其次，要研究海上風電功率主動支撐技術，面向海上風電場，研發(fā)功率快速控制系統(tǒng)，增強海上風電場的一次調頻控制能力、AGC/AVC控制能力，推動構建電網友好型海上風電場，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，南方電網公司已經穩(wěn)步推進面向新型電力系統(tǒng)邊緣控制的“智控”系列產品研發(fā)。其中，“智控”I型產品將面向海上風電場開展功率快速控制，并同步開展“智控”系列產品配套專用芯片關鍵技術的研究與應用工作。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，合作打造電網友好型海上風電場。

　　在安全性方面，要開展構網型海上風電控制技術研究，促進海上風電的外特性從電流源向電壓源轉變，并提供與同步機相似的慣量特性，提升電網適應性，提升弱系統(tǒng)下的功率傳輸極限，降低電網復雜環(huán)境下振蕩風險。另外，還要研究電網與海上風電場協(xié)同控制技術，推動海上風電場可靠響應系統(tǒng)側下達的功角、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，進一步提升海上風電對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的支撐能力，更好地適應新型電力系統(tǒng)中新能源占比逐步提高的趨勢。

　　目前，南方電網公司已完成構網型海上風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;推動構網型樣機在海風場景的試制與試用;同步建立構網型變流器技術規(guī)范體系，規(guī)范構網型控制在統(tǒng)一技術框架下功能和性能要求。

　　在提升海上風電經濟性方面，經過綜合調研和分析，目前廣東省海上風電典型造價約為17600元/千瓦。風電機組及塔筒、風電機組基礎、海纜環(huán)節(jié)在海上風電建設成本中占比較高，分別占初始投資的45%、27%和19%;同時，海上風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%。

　　降低海上風電成本，關鍵在于突破降本技術、實現(xiàn)智慧運維。通過測算各項核心技術對降低海上風電各主要環(huán)節(jié)成本的貢獻，促成風機及塔筒制造成本、樁基礎建設成本、運維成本等關鍵環(huán)節(jié)的降本，可有效促進海上風電全生命周期成本的下降。

　　南方電網公司主要聚焦海上風電送出方面，研究高可靠、低成本集中送出技術，全方位降低海上風電送出系統(tǒng)成本，提升海上風電經濟性。

　　目前，南方電網公司已研究形成±500千伏/2000兆瓦海上風電匯集送出方案，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%，極大提高了海上風電建設的經濟性。

　　在海上風電體制機制方面，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)劃海上風電開發(fā)、建設和并網各環(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)電側和電網側的產權劃分及資源整合，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電參與碳交易市場的模式和機制，海上風電作為零排放的清潔能源，應積極參與碳市場交易，爭取獲得相應的碳減排收益，以促進降本增效。

　　最后，積極拓展海上風電場衍生(附帶)產業(yè)及多能協(xié)調發(fā)展，促進產業(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電融合發(fā)展，在帶動能源和漁業(yè)經濟的同時，不忘保護近海生態(tài)環(huán)境。二是促進海上風電、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。

　　南方電網公司正在全面服務和融入海上風電產業(yè)，從制度層面促進海上風電消納。由廣東電網海上風電服務分公司統(tǒng)一面向海上風電業(yè)主，為海上風電送出和并網提供專業(yè)化、一站式服務。由相關分子公司負責具體承接，提供海上風電工程規(guī)劃咨詢、工程設計、試驗檢測、運維調試、軟硬件開發(fā)、施工建設等產品和服務。

　　南方電網公司積極服務海上風電發(fā)展，推動價值鏈整合，促進新能源事業(yè)共同進步。促進海上風電健康發(fā)展，需要產業(yè)鏈上下游建立共同目標，做強做優(yōu)海上風電產業(yè)。產業(yè)鏈上下游應樹立“提升我國海上風電產業(yè)競爭力”的共同目標;做好科技研發(fā)、裝備制造、工程建設、運行維護等全產業(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)設備技術性能協(xié)同、全市場動力機制優(yōu)化配合，解決目前海上風電建設運維成本高等難題。

　　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、項目示范等力度，全力破解海上風電機組穩(wěn)定性冗余設計優(yōu)化和發(fā)電精準預測、機組主控及整場快速功率控制、海上風電柔性并網等技術難題;充分研究海上風電與儲能、煤電、水電、核電等其他能源協(xié)調作用，統(tǒng)籌謀劃降低海上風電接入對電網安全穩(wěn)定的影響;充分發(fā)揮海上風電規(guī)?；l(fā)展優(yōu)勢，降低海上風電開發(fā)成本，提升海上風電發(fā)展競爭力。

　　南方電網公司將堅決貫徹落實習近平總書記“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略，全力服務和支撐國家加快構建清潔低碳、安全高效的能源體系，以實際行動更好地服務和融入海上風電發(fā)展，加快推動新型電力系統(tǒng)建設和數字化轉型。