中國首座深海浮式風電海油觀瀾號併聯發電

一、中國首座深海浮式風電平台“海油觀瀾號”併聯發電

    根據俄羅斯衛星網報導，5月20日，中國首座深遠海浮式風電平台“海油觀瀾號”成功併入文昌油田群電網，正式為海上油氣田輸送綠電。這標誌著中國深遠海風電關鍵技術取得成功。“海油觀瀾號”位於距海南文昌136公里的海上油田海域，由風力發電機、浮式基礎、繫泊系統和動態纜組成，裝機容量7.25兆瓦，其產生的綠色電力通過1條5公里長動態海纜接入海上油田群電網。投產後，年均發電量將達2200萬度，全部用於油田群生產用電，每年可節約天然氣近1000萬立方米。中海油湛江分公司文昌13-2油田總監唐新國稱為保障油田用電，文昌油田群打造“風電+氣電+智慧電網”，將油田群的4個燃料電站與“海油觀瀾號”風電平台融合成一個整體，實現了風電與油田電能的統一控制和管理，確保油田微電網的可靠與穩定。海上油田電力系統是海上油氣平台的動力命脈，日常生產作業和生活基礎要消耗大量的電能，需要靠其提供穩定的電源。目前中國海上油田均採用化石能源提供電能。文昌油田群電網通過多個油田的電力組網實現了海上油氣電力高穩定性需求，同時通過接入大容量的可再生能源發電機組，為未來海上油氣田高比例利用新能源電力提供依據，是中國打造海上綠色低碳新型電力系統的嘗試。近幾年，近海風電資源開發利用已趨飽和，深遠海不僅可開發範圍更廣，風能資源更豐富，風速風頻更優質，還可以有效減少或避免對近海人類生產生活的不利影響。

    中國首個深遠海浮式風電平台“海油觀瀾號”於今年2月23日在青島完成浮式基礎主體工程後啟航，經過18天的航行，從青島運抵珠海。在珠海完成葉片和立柱的組裝。 3月26日又從珠海啟航，運往海南的文昌海域，進行海上安裝和調試。 5月6日，全長5000米的動態海底電纜完成敷設，“海油觀瀾號”正式打通連接文昌油田群的輸電“大動脈”，5月20日成功併入文昌油田群電網。“海油觀瀾號”是中國第一個工作海域距離海岸線100公里以上、水深超過100米的漂浮式風電平台。它的建成投產使中國海上風電的自主開發能力從不到50米提升至100米級水深以上水平，為中國風電開發從淺海走向深遠海打下堅實的基礎。“海油觀瀾號”最底部是一個三角形浮式基礎，由30個鋼結構模塊組裝而成，包括3個邊立柱和1個中間立柱，整體邊長近90米、高約35米、重量達4000噸。浮式基礎上方是高約83米，相當於30層樓高的圓筒形狀柱子，柱子上方是重達260噸的機艙，它的作用相當於風機的大腦，可以指揮風機進行轉動和變槳操作。機艙的前部是直徑達158米的葉輪，也就是大家熟知的“大風車葉片”，葉輪的掃風面積相當於2.7個標準足球場的大小。風帶動3隻大葉片使機艙中的發電機轉動，生成源源不斷的綠色電力。海油觀瀾號是中國第一個距海岸線100公里以上，水深超過100米的浮式風電平台，機艙重260噸，使用2000噸加強型履帶吊跨距達到46米，吊高近140米，創下中國海上吊裝跨距與吊高最大紀錄。高精度的吊裝工藝複雜，過程中要面對複雜多變的潮水和風力影響，是目前中國國內實施難度最大的集成吊裝作業。為避免這些浮式發電平台不被颱風吹走，在近淺海，風機是通過鋼鐵打造的鋼管或者導管架，深深插入海底固定風機。在深海海域，這種結構的基礎將變得龐大而成本增加，性價比將大打折扣。海油觀瀾號採用半潛式固定在海上，通過9根總重超過2400噸的錨鏈牢牢拽住，使其可抵抗84m/s的極端風速，它所在的地方是全球已有海上風電環境工況的最複雜海域。該平台優化了甲板設備佈置，將管線佈設在了浮體內部，同時採用水下張緊器技術，避免在浮體甲板上設置錨機等設備，不僅節約了設備採購成本，而且減少了對浮體甲板空間的佔用。海油觀瀾號浮式風機需要定期保養。在離岸136公里的海上進行維護非常困難，技術人員採用了“簡單可靠，減少後期維護”的設計原則，降低維護保養需求和難度。在設計上，將需要更換的設備都設計為可以拆卸成單個重量小於0.5噸的小部件，確保在25年的運行中穩定發電。中海油融風能源有限公司總經理張樹德稱海油觀瀾號通過1根5公里長的動態海纜接入文昌海域的油氣平台，替代部分天然氣發電機組，可節省天然氣近千萬立方米，預計年均減少二氧化碳排放2.2萬噸。

二、中國造出全球最大葉輪直徑陸上風電葉片，海上也世界第一

    中國明陽智能公司宣布，其自主研製的MySE216 陸上超大型玻纖葉片正式下線，因為其葉輪直徑達到了216 米，所以MySE216是目前全球最大的陸上機組葉片。該葉片雖然很大，但在葉片翼型及材料使用方面進行了定制化研發，使其擁有了輕量化、高可靠性的特點。所以，除了可以搭載於明陽自主研製的陸上風電機組外，它還可搭載於面向沙漠、戈壁、荒漠等具有極端氣候和天氣情況的風電大基地推出的旗艦機型。在風力發電機中，葉片是最基礎和最關鍵的部件，它的設計直接影響風能的轉換效率，直接影響其年發電量，是風能利用的重要一環。並且機組需要在惡劣的環境中，長期不間斷地運轉，可靠的質量和穩定性，也是至關重要的。明陽智能成立於2006年，主營業務包括新能源高端裝備、兆瓦級風機及核心部件的開發設計、產品製造、運維服務、新能源投資運營，經過多年發展已經頗具實力，例如在2022年全球新能源企業500強中位居第15位，穩居全球海上風電創新排名第一位。

    明陽智能主要戰略客戶包括中廣核、三峽、華能、國電投、大唐、華電等大型國有電力集團，投運遍布全國700多個風力發電場項目，產品遠銷國外，已發展成為全球具有重要影響力的智慧能源企業。去年12月，明陽智能自主研發的全球規模最大最長的海上抗颱風型葉片MySE260正式下線，葉輪直徑達到260米，具備輕量化和高性能的特點，其結構更安全、質量更可靠、運行更穩定，具備優異的抗颱風性能。搭載16兆瓦超大容量海上風電機組，每年可實現發電量6700萬千瓦時，相當於8萬名居民一年用電量，可減少二氧化碳排放6.5萬噸。中國是全球最大的風電市場，2022年新增裝機容量48.8GW，佔比超過一半，領先第二名美國近40GW。中國風電行業能取得這樣的成績，與自產風電產業鏈的良好發展有著很大的關係。例如，在2022年，全球風電整機製造商排行榜中，中國企業佔據其中六席。其中金風科技以12.7GW的裝機容量位居第一，丹麥維斯塔斯以12.3GW位居第二，美國通用電氣是第三名，遠景能源排名第四。西門子歌美颯和明陽智能並列第五，運達股份第七，德國恩德能源第八，三一重能和中國中車第九和第十名。可見，我國在風電領域具有很大優勢。

三、浮動式風機與固定式風機差異

風力渦輪機離岸愈遠愈能獲得更高的效率，根據美國能源部的數據，僅在2021年，全球漂浮式海上風力發電平台就增加了一倍多，從26,000MW增加到60,000多MW，到2030年預計將達到 260GW。對於尋求清潔能源減少對化石燃料依賴而言，遠離海岸的廣大深海區發展浮式風力發電非常有願景。遠海的風力往往更強且更穩定，這些結構位於深水區需考慮平台的設計、建造和維護的複雜性。深水平台必須漂浮、牢固地繫泊在適當的位置，並且能夠在相當惡劣的條件下運行。這項任務無異於在持續動態、本質上不穩定的環境中保持 30 層樓的直立和穩定。風浮平台是在造船廠建造，在那裡組裝和安裝風力渦輪機塔架、機艙和葉片。然後由商業拖船將完成的組件拖到位。一旦到位，平台必須固定在海底。繫泊系統不是靠錨在海床上的抓力，而是靠錨鏈的重量。在此類應用中，合成材料通常優於鋼絲繩或鏈條，因為合成材料重量更輕、強度相當、不易腐蝕且使用壽命更長。

台灣的離岸風電缺乏長遠規畫，未建立自己的國產風機設備製造及施工能力，完全依賴外國廠商因此施工成本及未來電價都很高，台灣目前規劃的海上風機都採用固定式基座的風機，也就是透過打樁固定在海床上，不僅水深受到限制，選址也無法離海岸太遠，因此產生漁業及航道干擾問題，而打樁產生的噪音更影響「中華白海豚」的生存環境。而國際上，一股「浮動式風電」的潮流正在興起。浮動式風機的水下基礎平台，並沒有直接與海床接觸，而是像一艘漂浮在海上的大船，再以類似「拋錨」原理，將巨大、沉重的海錨投放於海床，再透過纜線連結水下基礎平台，限制其漂浮的範圍。由於固定式基座必須配合水深高度，平均最多只能到50公尺深，但浮動式少了這樣的限制，可以裝設在平均50公尺到200公尺的海域，大幅提升了離岸風電的開發範圍。雖然水下基礎天差地遠，但上半部採用的風力發電機型式兩者大同小異，普遍而言，浮動式平台不須考量基樁的承受度，較適合安裝大型風機。國際上常見的浮動式平台種類有(1)半潛式：半潛式平台是由三或四個浮筒組成一個半沉潛的平台，安裝較方便，目前最廣為應用(2)張力腿式：張力腿結構類似半潛式，但其繫泊系統會將連接海床的鋼纜拉緊，使平台更為牢固，但鋼纜受損斷裂的風險較大( 3)浮筒式：浮筒式是一個直立式柱狀浮筒，浮筒底部配重較重使其穩定，安裝起來較複雜(4)駁船式：駁船式是一個大型的環狀浮動平台，透過環形浮筒結構分散浮力。海上浮動式平台在過去數十年內，大規模應用在海上鑽油平台、天然氣井等海事工程，近年也與海上牧場結合作綜合性用途。浮式風機仍有技術和後勤的挑戰問題須克服。浮式風機的部件都設計為可移動式，若磨損將減少壽命，尤其是繫纜、電纜等部件，可能受金屬疲勞、腐蝕、衝力和惡劣海象影響，特別容易故障。台灣欠缺繫泊與錨定相關的海洋工程產業，除了缺少工程經驗，硬體設備也有不足之處。浮式風場對港口基礎建設要求很高，需要動力強大的工程吊車，重件碼頭的地基也需要特別加強，國際上的浮式平台經驗豐富，在浮動平台的繫泊與錨定工程上已成功克服無數惡劣天氣的海域。面對浮動式風機未來展望，很多業者對於開發深水區域的風能都表示有興趣。