中国海上风电发展现状分析及展望

中国海上风电发展现状分析及展望

摘要：随着中国经济的快速增长，各行业对电力的需求量也急剧增加，２０２１年中国的总用电量达８３１２８ＴＷｈ，比２０１２年增长了近１７倍。由煤炭等传统化石能源提供的电力对环境造成的损害较大，而风能是一种清洁、可持续、环境友好型能源，具有巨大的开发前景与商业价值。海上风能具有风速大、稳定、切变小、噪音污染小、不占用土地资源、靠近电力需求、易于消纳等优点，随着海上风电场技术的不断成熟，海上风电将成为中国可再生能源发电量的重要来源之一。

关键词：海上风电；机组容量；基础结构；水深；离岸距离

引言

我国拥有丰富的风力资源，且已经成为世界上最大的风电市场，在政策的大力支持与鼓励下，我国风电产业发展迅速。我国新增风电装机容量由2016年的2,340万千瓦增长至2021年的5,590万千瓦，年均增长率达18.9%。预计2022年我国新增风电装机容量将超过6,000万千瓦。截至2021年底，我国海上风电累计装机容量仅约为2,535万千瓦。十四五期间，我国海上风电新增装机容量将接近4,000万千瓦。在“二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，力争2060年前实现碳中和”目标“能耗双控”的政策指导下，全国沿海海上风电正在进入大批量装机的高潮。近期国内多个沿海省份相继公布“十四五”海上风电发展规划。广西自治区提出在“十四五”期间核准开工海上风电装机不少于750万千瓦；福建省“十四五”期间增加海上风电装机410万千瓦、新增开发省管海域风电规模1,030万千瓦。广东、浙江等海上风电装机大省也陆续公布了最新开发目标。甚至，海上风电停滞多年的海南也公布了300万千瓦发展目标。随着沿海各省份海上风电的加速推进，中国也已成为全世界最大的海上风电市场。

1我国海上风电发展现状

“十三五”期间，我国海上风电发展稳中有进：2016～2020年新增并网规模

约796×104kW，其中2019年新增并网规模198×104kW，2020年新增并网规模

306×104kW。2021年作为“十四五”开局之年，我国海上风电装机规模处于高速

增长通道。国家能源局发布的最新数据显示，2021年我国海上风电新增装机

1690×104kW，是此前累计建成总规模的1.8倍，占全球新增的80.02%，2021年

底累计装机规模达到2638×104kW，占全球海上风电装机的48%，超过英国跃居

世界第一位。

2中国海上风电发展现状展望

2.1风电国产化替代

随着技术的日益成熟及海上风电深海发展，风电单机容量及叶片尺寸逐渐大

型化，同时要解决好“卡脖子”问题，大型零部件就要多层级测试验证，例如：

部件设计验证、耦合工况子系统验证、真实工况验证等，要解决发电、传动过程

中能量损耗问题，变流器、传动链技术限制等问题；加大科技创新激励力度，联

合电力企业、风电制造企业、航运企业加强合作，初期可通过技术引进、合作研制、自主创新这一过程进行开发，要建立科技创新交流平台，用于重点课题的项

目交流，资源互通，要重视行业人才，培养人员，相关专业大学可以建立定制方

向研究班，将专项资金用于人才的培养，确保学成知识与技术相匹配。

2.2传动系统

传动系统结构的发展演变是风机技术进步的集中体现。传统风机的传动设计

为叶片连接的主轴通过三级变速的齿轮箱与异步发电机相连，随着风机单机容量

的增大，齿轮箱的高速传动部件故障问题将日益突出，于是没有齿轮箱而将主轴

与低速多极同步发电机直接相接的直驱式布局应运而生。但是，多极发电机因绕

组布置空间的要求导致重量和体积的大幅增加。为此，采用折中理念的半直驱布

局在大型风机设计中得到应用。自２０１８年开始，采用半直驱技术路线的风电

机组在新增装机中的占比逐年增加，截至２０２１年，半直驱技术路线占比已达

３１．１％，相较于２０１８年增长２７５％。海上风电机组大型化是未来的发

展趋势，直驱技术由于受发电机体积、重量等限制而无法进行机组大型化，双馈、

鼠笼等技术由于受齿轮箱限制其单机功率无法进一步增大，而半直驱技术可以同时实现风电机组“大兆瓦、小体积”的目标，是未来发展的主流技术。

2.3设备远程状态监测与智能报警系统

随着海上风机运维的不断发展与完善，将来海上风机运维的方式将逐步向以状态监测与故障检修为主、定期检修为辅的方式转变。状态检修是根据对潜在故障的在线监测结果与历史数据，对设备进行状态评估，并以此来指导检修计划。一是根据风机运行数据和监测结果，有计划有目的地对风机进行检修，可大大节约运维成本，提高效率。二是通过智能预警系统，对风机的关键部件的早期故障进行预警，合理安排大部件的维修与更换施工环节，提前整合海上运输、安全、吊装工艺、工装、物料及人员等诸多要素，提供一站式部件维修及更换服务，缩短海上施工时间，降低运维成本。三是依托智慧运营数据中心，通过多个数据源的风机组运维大数据的采集、分析和计算，利用专家系统甚至神经网络，同时提高海上风机系统的容错运行能力，实现风机的智慧运维。

2.4加大科技创新，提升产业竞争力

一是针对关键核心技术、产业短板，各方共同协作，加大联合攻关、项目示范等力度，重点围绕海上风电精准预测、大容量机组、交/直流并网技术、运行控制优化技术、新型技术运用等方面展开深入系统的研究，提高国产化率，推动关键核心技术实现国产化突破；二是大力支持海上风电智能化、信息化、数字化方面的技术创新；三是积极推进海上风电与制氢、储能、核电、油气等其他能源协调的技术研究，统筹谋划降低海上风电接入对电网安全稳定的影响，全面提升装备制造、设计施工、运行运维、海上经济一体化等技术水平，着力促进降本增效。

2.5合理优化政策

由于2021年补贴取消，海上风电抢装规模高增，相关部门需考虑：一是建立阶段性退补贴机制，同时各省份研究制订地方财政补贴用于风电，利用3~4年积极推进海上风电、光伏发电平价上网；二是在风电建设从申请到审批过程中，涉及环保、渔政、海洋、能源等较多个行政主管部门，根据现有的流程审批制度