從江蘇南通往北,直到連云港,有連綿幾百公里灘涂,漲潮時看似一片汪洋,退潮時露出 10——20公里的潮汐帶。
這是一片絕佳的海上風電場,如果建成超過1000萬千瓦的風電場,就幾乎相當于三峽的裝機容量,“海上風電三峽”的說法也是從此開始。
一
2009年1月,國家能源局在北京召開了一場研討會,專門討論海上風電開發。
在會上,又一次提到了“海上風電三峽”。會議指出,近期要抓緊選擇幾個建設條件較好的場址……為國家在東部沿海打造幾座“海上風電三峽”,為國家能源安全建設堅實的保障。
在那一年底,在《2010年能源工作總體要求和任務》中特別提到了海上風電,“2010年,要繼續推進大型風電基地建設,特別是海上風電要開展起來……”
同年5月,中國首批海上風電招標項目啟動。4個海上風電特許權項目(江蘇濱海30萬千瓦、射陽30萬千瓦、大豐20萬千瓦、東臺20萬千瓦)吸引了眾央企巨頭的目光,激烈角逐后,分別由大唐新能源、中電投聯合體、龍源電力、山東魯能中標。
此后,中國海上風電的發展,就進入了快車道。
從2009年至今,十年間,中國已成為僅次于英國和德國的世界第三大海上風電國家。數據顯示,2018年中國海上風電總裝機容量為445萬千瓦,在建647萬千瓦。
在江蘇省濱海線,有首批海上風電特許權招標項目之一的江蘇濱海30萬千瓦項目。
這個距海岸21公里的項目,涉海面積48平方公里,有96臺風力發電機組。所有風力發電機組與海上升壓站由海底電纜連接,然后將電能輸送至陸上集控中心并網。
從核準批復到并網發電,濱海風電的歷程實際上成為了中國海上風電的一個縮影。在這個縮影中,可以看到“低碳與收益的賬本”“安全與速度的抉擇”還有對“智慧風電的探索”。
二
在經歷十年高速發展之后,海上風電的效益如何?
“風機葉片每轉一圈,就能賺2塊多錢。一分鐘轉19圈,就是38塊錢。”大唐國信濱海海上風力發電有限公司工程管理部主任范玉鵬給算了一筆賬。
他的這筆賬是這樣計算的,濱海風電總裝機容量30萬千瓦,上網電價0.85元/千瓦時,有96臺風力發電機組。如果按照滿功率發電的話,一分鐘風機葉片可以轉19圈。
最后折算下來,就是“一圈2塊錢”。
而濱海風電總投資約47.9億元,設計年發電量超過8億千瓦時。預計投產后年銷售收入66405萬元,年利潤總額28306萬元,項目全投資稅前內部收益率10.58%。
按照這個速度,預計投資回收周期13年。但在范玉鵬看來,這個速度明顯有些保守。
尤其是,在2015年7月,項目性質由特許權項目變更為常規項目,上網電價由0.737元/千瓦時調整為0.85元/千瓦時。電價調整了1毛多,帶給濱海風電的收益將近1億元。據統計,這一次調整,濱海風電年直接增加收益9240萬元。
而在經濟賬之外,更重要的是一筆環境賬。
相比傳統火力發電,濱海風電投產后預計每年可減少二氧化碳排放70萬噸,減少二氧化硫排放5006噸,減少氮氧化物排放2003噸,具有良好的社會效益和環保示范效果。
在此前結束的首屆可持續發展論壇上,與會嘉賓普遍認為,未來,中國的能源結構還將持續優化。預計到2050年,中國的化石燃料在整體能源結構中占比,將從2018年90%的水平,下降到35%。
未來五年,中國的可再生能源行業還將迎來新一輪大發展。海上風電也將迎來新的一輪機遇窗口。
國家海上風電工程技術研究中心管理委員會主任王滿昌表示,到2030年,我國中東部地區最大用電負荷將達到9.7億千瓦,需受入電力流超過3.6億千瓦。而中東部陸上分布式電源開發潛力僅有1.7億千瓦,顯然無法滿足未來需求。
王滿昌認為,我國海上風電資源豐富,潛力巨大,且靠近東部負荷中心,就地消納方便,所以發展海上風電將成為我國能源結構轉型的重要戰略支撐。
三
浪高兩米,拖輪在海浪中完全沒有還手之力,被海浪隨意擺弄。
這個場景,在海上風電的建設過程中,并不是什么罕見的狀況。
濱海風電項目選址在江蘇鹽城古黃河口附近海域,那里風大浪高,氣象復雜,在當地人口中素有“寧走天邊,不走黃河尖”之稱。正因如此,這里也是天然的優質風資源區。
“每年的10月到第二年的3月,每月有效工作時間只有七八天。”范玉鵬說。今年九月,因為臺風的影響,幾乎都無法施工。
和所有海上風電項目一樣,濱海項目自開工起,就面臨海洋極端氣象的嚴峻考驗,僅2018年8月和9月就遭受“云雀”“溫比亞”等臺風襲擾,每月可施工窗口期僅有10余天。
而且,從岸邊到濱海風電項目有21公里,每出一次海,即使順流的情況也要1.5小時。因此,不僅是安全問題需要考量,速度與效率也是需要考慮的問題。
“相比陸上施工,海上施工風險更大,操作更復雜。”中國大唐集團海洋能源產業有限公司黨委書記、董事長沈剛說。因此,濱海風電提出“能陸上,不海上,能水上,不水下”的施工原則,將部分復雜的海上施工轉化為相對簡單易管理的陸上施工。
“目前,濱海風電全部塔筒內電氣設備都在陸地進行預安裝,既降低海上施工風險,又提高工作效率。”沈剛說。
國家能源局核電司副司長史立山表示,過去陸地風電建設相對風險小,比較簡單。而海上風電難度除了風電設備外,還有施工方面的困難。海上運輸、基礎施工的難度都是很大的。對設備可靠性要求也很高,如果設備出現問題維修的成本就很高。
而且海上建設風電場涉及到海洋的綜合利用,海上有港口、保護區、交通要道,并不是所有海域都能建成電站,還應當避讓交通設施、城鎮建設和臨港工業圍填海這些用于效益高的開發形式的海域,以免對未來的深度開發造成不利影響。
在史立山看來,海上風電的開發建設要考慮對各方面的影響,特別是對海洋環保的影響,如應當向深海布局,盡量遠離岸線和海涂,減少風電場對岸線、視野、景觀和鳥類棲息的影響。
四
風機葉片距離海面有100米左右,檢測與維修如果靠人工值守與工作明顯是完全不夠的。
解決這個問題,需要一點“智慧”。
在濱海風電項目中,每一臺風機上都有三個攝像頭。如果有漁民、船只進入安置風機的海域,可以通過攝像頭預警。
濱海風電采用新型電子圍欄代替傳統實體航標燈,在電子海圖上即可對指定類型或指定船舶的碰撞風險進行分析,從而通過后臺系統對船舶航行進行預警。
沈剛表示,這樣可以有效避免因能見度差無法發現過往船舶的被動局面,減少監控值班人員的工作負擔,方便后期維護和調整。
而且,利用“蜘蛛機器人”爬上100米左右塔筒進行檢測,把人工的因素盡量降低,也是把事故的幾率盡量降低。
同時,海上環境復雜多變,為解決人員、設備和船只在海上作業危險性高的問題,需加強人員事前場景預演、運維作業風險評估。濱海風電應用VR技術,構造風電場三維虛擬立體模型,將實際工作環境和設備結構進行虛擬重現,讓使用者足不出戶就能夠親身體驗海上風電場的天氣環境、海情海況、地理地貌、設備運行以及緊急事件發生時的情景,實現全新交互功能。
針對海上風電的工況復雜性、交通運輸的可達性、人員作業的安全性、故障處理可完成性等都會成為影響運維質量的重要因素。濱海風電創造性的采用AR技術,利用圖像識別、智能檢測和數據挖掘等技術,幫助操作人員及時準確的定位并排除問題。
伴隨著5G的推廣,在可以預見的未來,利用VR、AR、大數據等手段,也將讓海上風電更加有“智慧”。