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南方電網(wǎng)公司董事、黨組副書記 畢亞雄:“雙碳"目標(biāo)下的海上風(fēng)電高質(zhì)量發(fā)展路徑

南方電網(wǎng)報(bào)發(fā)布時(shí)間:2022-06-08 14:57:35  作者:畢亞雄

南方電網(wǎng)公司董事、黨組副書記 畢亞雄

  清潔低碳是全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的必然趨勢(shì)。作為全球最大的能源生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó),中國(guó)大力推動(dòng)非化石能源發(fā)展和能源轉(zhuǎn)型。黨中央高瞻遠(yuǎn)矚,描繪了我國(guó)綠色發(fā)展的宏偉藍(lán)圖,確立了2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和的目標(biāo),提出了“雙碳”目標(biāo)下構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的要求,明確了新時(shí)代能源電力的發(fā)展方向,也為全國(guó)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了良好的環(huán)境。

  全球海上風(fēng)電蓬勃發(fā)展

  近年來(lái),全球海上風(fēng)電呈現(xiàn)持續(xù)發(fā)展態(tài)勢(shì)。截至2021年底,全球海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)4859萬(wàn)千瓦,中國(guó)海上風(fēng)電裝機(jī)2069萬(wàn)千瓦,占比42.59%。2021年全球新增海上風(fēng)電裝機(jī)容量約1340萬(wàn)千瓦,其中,中國(guó)約1080萬(wàn)千瓦,占比80%,排名第一;荷蘭為1130萬(wàn)千瓦,排名第二。

  根據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè),未來(lái)20年,全球海上風(fēng)電規(guī)劃裝機(jī)將每年增長(zhǎng)13%。到2030年,全球規(guī)劃新增裝機(jī)約2億千瓦;到2040年,預(yù)測(cè)海上風(fēng)電裝機(jī)將增加到約5.6億千瓦。未來(lái)海上風(fēng)電的增長(zhǎng)將主要集中在歐盟、中國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)、日本和印度。

  全球海上風(fēng)電發(fā)展取得了巨大成績(jī),積累了以下幾方面的經(jīng)驗(yàn):一是規(guī)范化市場(chǎng)機(jī)制提升了海上風(fēng)電開發(fā)效率。明確的市場(chǎng)職責(zé)分工、規(guī)范的管理制度及高效的審批機(jī)制極大地簡(jiǎn)化了海上風(fēng)電開發(fā)流程,提升了海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)效率。

  二是產(chǎn)業(yè)鏈高效協(xié)同有效降低海上風(fēng)電開發(fā)成本。通過(guò)高效整合規(guī)劃設(shè)計(jì)、整機(jī)制造、施工安裝、交通運(yùn)輸、運(yùn)營(yíng)維護(hù)的海上風(fēng)電全產(chǎn)業(yè)鏈,細(xì)化產(chǎn)業(yè)分工,利用產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)降低海上風(fēng)電建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本,促進(jìn)海上風(fēng)電高速發(fā)展。

  三是技術(shù)創(chuàng)新有效促進(jìn)了海上風(fēng)電降本提質(zhì)。國(guó)際上普遍采用的大容量機(jī)組、一體化設(shè)計(jì)、大型海工裝備等技術(shù)創(chuàng)新,有效促進(jìn)海上風(fēng)電降本提質(zhì)。

  四是風(fēng)電試驗(yàn)場(chǎng)及產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)促進(jìn)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。海上風(fēng)電試驗(yàn)場(chǎng)對(duì)推動(dòng)海上風(fēng)電新機(jī)型、新技術(shù)推廣應(yīng)用發(fā)揮了重大作用,海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)基地則發(fā)揮了重要的規(guī)?;б?,促進(jìn)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。

  五是有力的網(wǎng)源協(xié)調(diào)規(guī)劃及配套電網(wǎng)建設(shè)對(duì)保障海上風(fēng)電消納起到重要作用。合理的源網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展規(guī)劃和海上風(fēng)力資源富集地區(qū)骨干網(wǎng)架建設(shè),充分保障了區(qū)域海上風(fēng)電的開發(fā)建設(shè)與高比例消納。

  大規(guī)模海上風(fēng)電并網(wǎng)的挑戰(zhàn)

  當(dāng)海上風(fēng)電大規(guī)模接入時(shí),電力系統(tǒng)將面臨電力可靠供應(yīng)、安全穩(wěn)定運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)性、體制機(jī)制諸多方面的挑戰(zhàn)。

  可靠性方面,海上風(fēng)電出力的隨機(jī)性、波動(dòng)性強(qiáng),預(yù)測(cè)難度大,部分時(shí)段出力極低,特殊時(shí)段出力近零,反調(diào)峰特性明顯,隨著接入規(guī)模擴(kuò)大,僅依靠常規(guī)電源調(diào)節(jié),將無(wú)法實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)平衡和功率調(diào)節(jié),威脅電力的可靠供應(yīng)。

  安全性方面,風(fēng)電機(jī)組電力電子化特征明顯,打破傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備機(jī)械系統(tǒng)的“經(jīng)典”慣性特征,目前無(wú)法像常規(guī)發(fā)電機(jī)組一樣參與電網(wǎng)頻率的快速調(diào)節(jié)以支撐電網(wǎng)頻率穩(wěn)定,因此當(dāng)海上風(fēng)電場(chǎng)大規(guī)模接入電網(wǎng)后,將導(dǎo)致電力系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量水平降低,電力系統(tǒng)的頻率抗擾動(dòng)能力明顯弱化,將增大傳統(tǒng)大火電、大水電等機(jī)組的調(diào)節(jié)壓力,不利于電網(wǎng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及電力系統(tǒng)的健康發(fā)展。

  經(jīng)濟(jì)性方面,隨著海上風(fēng)電持續(xù)發(fā)展的規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)迭代,未來(lái)自身成本有望進(jìn)一步下降。但短期來(lái)看,海上風(fēng)電場(chǎng)的初始投資成本難以降低,大規(guī)模海上風(fēng)電利用需要常規(guī)電源和儲(chǔ)能提供有效容量以便穩(wěn)定使用,導(dǎo)致輔助性投資系統(tǒng)的成本也居高不下。同時(shí),海上環(huán)境復(fù)雜,風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行成本也顯著高于陸上風(fēng)電場(chǎng),對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)一定挑戰(zhàn)。

  體制機(jī)制方面,海上風(fēng)電建設(shè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,需要考慮更合理的利益分配方式,兼顧各方面的正當(dāng)要求,建立產(chǎn)業(yè)鏈廣大參與方得以可持續(xù)發(fā)展的配套政策、市場(chǎng)機(jī)制、利益保障體制機(jī)制。

  這些問(wèn)題,需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)共同努力,有針對(duì)性地合作技術(shù)攻關(guān)加以解決。

  推動(dòng)海上風(fēng)電高質(zhì)量發(fā)展

  為實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展,首先需要從整個(gè)生態(tài)鏈出發(fā),建立共同目標(biāo),凝聚各方力量,做好頂層設(shè)計(jì),從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面共同發(fā)力,推動(dòng)海上風(fēng)電高質(zhì)量發(fā)展。

  在提高海上風(fēng)電可靠性方面,既要研究海上風(fēng)電精準(zhǔn)預(yù)測(cè)技術(shù),結(jié)合數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和AI組件、大數(shù)據(jù)以及超算能力,開展基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的人工智能輕量化海上風(fēng)電場(chǎng)建模和高精度發(fā)電(出力)預(yù)測(cè),以促進(jìn)運(yùn)行方式安排,解決靜態(tài)、動(dòng)態(tài)電力平衡問(wèn)題。

  現(xiàn)階段,南方電網(wǎng)公司已經(jīng)開展海上風(fēng)電精準(zhǔn)預(yù)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究,南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)集團(tuán)有限公司自主編碼建立了10多種預(yù)測(cè)算法模型,研發(fā)了“夸父”系列新能源高精度預(yù)測(cè)產(chǎn)品,經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證,可有效提高海上風(fēng)電發(fā)電預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。

  還要研究提高協(xié)同互補(bǔ)能力,實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化規(guī)劃與運(yùn)行,增強(qiáng)各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)性,提升系統(tǒng)靈活性,彌補(bǔ)海上風(fēng)電出力隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性給供需平衡和電網(wǎng)安全帶來(lái)的沖擊。

  目前,南方電網(wǎng)公司已經(jīng)開展了《構(gòu)建新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題及措施》《南方電網(wǎng)“十四五”儲(chǔ)能發(fā)展規(guī)劃》等專題研究,明確了實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電與電網(wǎng)的協(xié)同,關(guān)鍵在于發(fā)展不同功能定位的儲(chǔ)能及布局,主要包括:抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能等,以及推進(jìn)電源側(cè)儲(chǔ)能建設(shè)、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能合理化布局。實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)協(xié)同互補(bǔ),不僅需要統(tǒng)籌好海上風(fēng)電開發(fā)與系統(tǒng)送出工作,確定海上風(fēng)電配套儲(chǔ)能規(guī)模與控制策略,還需匹配政策機(jī)制,促進(jìn)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)發(fā)展。

  在提升海上風(fēng)電安全性方面,首先要實(shí)現(xiàn)機(jī)網(wǎng)安全高效協(xié)同要求,研究?jī)?yōu)化完善大型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控技術(shù),研發(fā)10兆瓦及以上大型海上風(fēng)電機(jī)組主控裝置,增強(qiáng)機(jī)組的風(fēng)—浪—流—涌耦合影響下安全穩(wěn)定運(yùn)行、智能化抗臺(tái)風(fēng)能力,提升機(jī)組對(duì)我國(guó)沿海臺(tái)風(fēng)氣候的適應(yīng)能力,促進(jìn)海上風(fēng)電機(jī)組大型化、智能化發(fā)展。

  目前,南方電網(wǎng)公司牽頭承接了廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“10MW及以上海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控裝置研發(fā)”。聯(lián)合風(fēng)機(jī)制造商、高校等開展攻關(guān),力圖以網(wǎng)源控制調(diào)節(jié)策略最匹配、最適應(yīng)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)最優(yōu),攻克10兆瓦及以上“直驅(qū)+半直驅(qū)”海上風(fēng)電機(jī)組的主控核心關(guān)鍵技術(shù),自主研制應(yīng)對(duì)臺(tái)風(fēng)的智能化風(fēng)機(jī)主控裝置。

  其次,要研究海上風(fēng)電功率主動(dòng)支撐技術(shù),面向海上風(fēng)電場(chǎng),研發(fā)功率快速控制系統(tǒng),增強(qiáng)海上風(fēng)電場(chǎng)的一次調(diào)頻控制能力、AGC/AVC控制能力,推動(dòng)構(gòu)建電網(wǎng)友好型海上風(fēng)電場(chǎng),提升對(duì)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(wǎng)公司已經(jīng)穩(wěn)步推進(jìn)面向新型電力系統(tǒng)邊緣控制的“智控”系列產(chǎn)品研發(fā)。其中,“智控”I型產(chǎn)品將面向海上風(fēng)電場(chǎng)開展功率快速控制,并同步開展“智控”系列產(chǎn)品配套專用芯片關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用工作。希望各方共同合作,積極推進(jìn)場(chǎng)站端功率快速控制系統(tǒng)部署,合作打造電網(wǎng)友好型海上風(fēng)電場(chǎng)。

  在安全性方面,要開展構(gòu)網(wǎng)型海上風(fēng)電控制技術(shù)研究,促進(jìn)海上風(fēng)電的外特性從電流源向電壓源轉(zhuǎn)變,并提供與同步機(jī)相似的慣量特性,提升電網(wǎng)適應(yīng)性,提升弱系統(tǒng)下的功率傳輸極限,降低電網(wǎng)復(fù)雜環(huán)境下振蕩風(fēng)險(xiǎn)。另外,還要研究電網(wǎng)與海上風(fēng)電場(chǎng)協(xié)同控制技術(shù),推動(dòng)海上風(fēng)電場(chǎng)可靠響應(yīng)系統(tǒng)側(cè)下達(dá)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(dòng)態(tài)功率平衡,進(jìn)一步提升海上風(fēng)電對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的支撐能力,更好地適應(yīng)新型電力系統(tǒng)中新能源占比逐步提高的趨勢(shì)。

  目前,南方電網(wǎng)公司已完成構(gòu)網(wǎng)型海上風(fēng)電控制的理論研究和仿真建模,正在開展實(shí)證試驗(yàn)平臺(tái)建設(shè);推動(dòng)構(gòu)網(wǎng)型樣機(jī)在海風(fēng)場(chǎng)景的試制與試用;同步建立構(gòu)網(wǎng)型變流器技術(shù)規(guī)范體系,規(guī)范構(gòu)網(wǎng)型控制在統(tǒng)一技術(shù)框架下功能和性能要求。

  在提升海上風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性方面,經(jīng)過(guò)綜合調(diào)研和分析,目前廣東省海上風(fēng)電典型造價(jià)約為17600元/千瓦。風(fēng)電機(jī)組及塔筒、風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)、海纜環(huán)節(jié)在海上風(fēng)電建設(shè)成本中占比較高,分別占初始投資的45%、27%和19%;同時(shí),海上風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用居高不下,全生命周期動(dòng)態(tài)運(yùn)營(yíng)成本約等于海上風(fēng)電初始投資,而運(yùn)維成本、貸款利息成本以及稅收成本三者分別占總運(yùn)營(yíng)成本的48%、30%和22%。

  降低海上風(fēng)電成本,關(guān)鍵在于突破降本技術(shù)、實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)維。通過(guò)測(cè)算各項(xiàng)核心技術(shù)對(duì)降低海上風(fēng)電各主要環(huán)節(jié)成本的貢獻(xiàn),促成風(fēng)機(jī)及塔筒制造成本、樁基礎(chǔ)建設(shè)成本、運(yùn)維成本等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的降本,可有效促進(jìn)海上風(fēng)電全生命周期成本的下降。

  南方電網(wǎng)公司主要聚焦海上風(fēng)電送出方面,研究高可靠、低成本集中送出技術(shù),全方位降低海上風(fēng)電送出系統(tǒng)成本,提升海上風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性。

  目前,南方電網(wǎng)公司已研究形成±500千伏/2000兆瓦海上風(fēng)電匯集送出方案,可實(shí)現(xiàn)單位容量電容用量降低20%、平臺(tái)重量降低40%、成本降低25%,極大提高了海上風(fēng)電建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。

  在海上風(fēng)電體制機(jī)制方面,首先,要形成集約化開發(fā)、規(guī)?;统龅陌l(fā)展局面,總體規(guī)劃海上風(fēng)電開發(fā)、建設(shè)和并網(wǎng)各環(huán)節(jié),促進(jìn)資源集約化利用;優(yōu)化投資分界面,推動(dòng)以“海上升壓站/換流站”為劃界的投資運(yùn)營(yíng)模式,實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的產(chǎn)權(quán)劃分及資源整合,實(shí)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(fēng)電參與碳交易市場(chǎng)的模式和機(jī)制,海上風(fēng)電作為零排放的清潔能源,應(yīng)積極參與碳市場(chǎng)交易,爭(zhēng)取獲得相應(yīng)的碳減排收益,以促進(jìn)降本增效。

  最后,積極拓展海上風(fēng)電場(chǎng)衍生(附帶)產(chǎn)業(yè)及多能協(xié)調(diào)發(fā)展,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈良性循環(huán)。這里舉兩個(gè)例子,一是積極探索海洋牧場(chǎng)與海上風(fēng)電融合發(fā)展,在帶動(dòng)能源和漁業(yè)經(jīng)濟(jì)的同時(shí),不忘保護(hù)近海生態(tài)環(huán)境。二是促進(jìn)海上風(fēng)電、波浪能、太陽(yáng)能等多類型能源資源開發(fā),實(shí)現(xiàn)多類型能源互補(bǔ)利用,同時(shí)還提高運(yùn)維安全系數(shù)。

  南方電網(wǎng)公司正在全面服務(wù)和融入海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè),從制度層面促進(jìn)海上風(fēng)電消納。由廣東電網(wǎng)海上風(fēng)電服務(wù)分公司統(tǒng)一面向海上風(fēng)電業(yè)主,為海上風(fēng)電送出和并網(wǎng)提供專業(yè)化、一站式服務(wù)。由相關(guān)分子公司負(fù)責(zé)具體承接,提供海上風(fēng)電工程規(guī)劃咨詢、工程設(shè)計(jì)、試驗(yàn)檢測(cè)、運(yùn)維調(diào)試、軟硬件開發(fā)、施工建設(shè)等產(chǎn)品和服務(wù)。

  南方電網(wǎng)公司積極服務(wù)海上風(fēng)電發(fā)展,推動(dòng)價(jià)值鏈整合,促進(jìn)新能源事業(yè)共同進(jìn)步。促進(jìn)海上風(fēng)電健康發(fā)展,需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游建立共同目標(biāo),做強(qiáng)做優(yōu)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)。產(chǎn)業(yè)鏈上下游應(yīng)樹立“提升我國(guó)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力”的共同目標(biāo);做好科技研發(fā)、裝備制造、工程建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)等全產(chǎn)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(lǐng)和支撐,實(shí)現(xiàn)降本增效,以全域多種能源發(fā)電能力互補(bǔ)、全系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)性能協(xié)同、全市場(chǎng)動(dòng)力機(jī)制優(yōu)化配合,解決目前海上風(fēng)電建設(shè)運(yùn)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(shì),既明確分工又相互協(xié)作,同時(shí),加大聯(lián)合攻關(guān)、項(xiàng)目示范等力度,全力破解海上風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)定性冗余設(shè)計(jì)優(yōu)化和發(fā)電精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、機(jī)組主控及整場(chǎng)快速功率控制、海上風(fēng)電柔性并網(wǎng)等技術(shù)難題;充分研究海上風(fēng)電與儲(chǔ)能、煤電、水電、核電等其他能源協(xié)調(diào)作用,統(tǒng)籌謀劃降低海上風(fēng)電接入對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響;充分發(fā)揮海上風(fēng)電規(guī)?;l(fā)展優(yōu)勢(shì),降低海上風(fēng)電開發(fā)成本,提升海上風(fēng)電發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)力。

  南方電網(wǎng)公司將堅(jiān)決貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略,全力服務(wù)和支撐國(guó)家加快構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系,以實(shí)際行動(dòng)更好地服務(wù)和融入海上風(fēng)電發(fā)展,加快推動(dòng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

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