●風(fēng)能是一種資源豐富、綠色環(huán)保、運(yùn)用技術(shù)成熟的可再生能源
●我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的巨大跨越
●從陸上、海上再到高空，風(fēng)電將為能源安全供應(yīng)作出更大貢獻(xiàn)
“風(fēng)起電涌”
風(fēng)能將成為推進(jìn)碳中和及能源革命的主力軍
如今，當(dāng)我們坐在列車上望向窗外，空曠的原野上，一座座聳立的“白色大風(fēng)車”在乘客眼中早已司空見慣、屢見不鮮。據(jù)國(guó)際能源署發(fā)布的《2023年可再生能源》，2023年中國(guó)風(fēng)能新增裝機(jī)容量比上年增長(zhǎng)66%，風(fēng)能裝機(jī)容量位居世界第一。
在世界能源危機(jī)和全球生態(tài)環(huán)境惡化的雙重壓力下，風(fēng)能取之不盡、用之不竭，已成為全球公認(rèn)的最具潛力、最具經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的清潔能源之一。
風(fēng)能發(fā)展之所以能“風(fēng)景”甚好，是由于其具備一些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
——環(huán)保優(yōu)勢(shì)。風(fēng)力發(fā)電過程不需要消耗化石燃料，有利于減少環(huán)境污染。據(jù)測(cè)算，平均每裝一臺(tái)單機(jī)容量1兆瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，每年就可以減排2000噸二氧化碳、10噸二氧化硫和6噸二氧化氮。
——技術(shù)優(yōu)勢(shì)。相較其他可再生能源，風(fēng)電技術(shù)已非常成熟。陸上風(fēng)電最大單機(jī)容量已達(dá)15兆瓦，海上風(fēng)電邁入20兆瓦時(shí)代。據(jù)全球風(fēng)能協(xié)會(huì)《全球風(fēng)能報(bào)告2023》數(shù)據(jù)，截至2022年，全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量已達(dá)到906吉瓦（一吉瓦=1百萬(wàn)千瓦）。
——資源優(yōu)勢(shì)。風(fēng)能資源豐富、分布廣泛、永不枯竭。有研究發(fā)現(xiàn)，全球風(fēng)能理論蘊(yùn)藏量約2000萬(wàn)億千瓦時(shí)/年。對(duì)貧油少氣的國(guó)家來(lái)說(shuō)，發(fā)展風(fēng)電有助于擺脫資源稟賦劣勢(shì)、提升能源保供能力。
——成本優(yōu)勢(shì)。國(guó)際可再生能源署《2022可再生能源發(fā)電成本》報(bào)告顯示，陸上風(fēng)電度電成本最低，比最便宜的化石燃料發(fā)電成本便宜一半，海上風(fēng)電度電成本也持續(xù)下降。隨著風(fēng)電規(guī)?；l(fā)展，疊加科技創(chuàng)新突破，未來(lái)風(fēng)電成本優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步凸顯。
在全球能源結(jié)構(gòu)綠色低碳轉(zhuǎn)型的大背景下，風(fēng)能的地位更加凸顯，大力發(fā)展風(fēng)能成為全球能源革命和應(yīng)對(duì)氣候變化的核心路徑之一。各國(guó)紛紛制定發(fā)展規(guī)劃、出臺(tái)扶持政策，風(fēng)能建設(shè)和應(yīng)用規(guī)模呈加速擴(kuò)張態(tài)勢(shì)。
2022年初，美國(guó)能源部發(fā)布《海上風(fēng)能戰(zhàn)略》，規(guī)劃到2030年、2050年海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)規(guī)模分別達(dá)到30吉瓦、110吉瓦。2022年4月，英國(guó)發(fā)布《英國(guó)能源安全戰(zhàn)略》，明確到2030年風(fēng)電占可再生能源發(fā)電的一半以上，海上風(fēng)電規(guī)模達(dá)到50吉瓦。德國(guó)計(jì)劃到2030年將陸上和海上風(fēng)電裝機(jī)容量分別擴(kuò)至115吉瓦、30吉瓦。
一場(chǎng)“能源革命”已經(jīng)在世界范圍內(nèi)掀起。
2020年，我國(guó)承諾力爭(zhēng)在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。國(guó)務(wù)院在相關(guān)文件中明確，到2060年，我國(guó)非化石能源在能源消費(fèi)中的比例將超過80%。有專家估算，風(fēng)電將貢獻(xiàn)最大發(fā)電量，成為推進(jìn)碳中和及能源革命的主體電源。
“乘風(fēng)而上”
我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平
東南沿海，全球首臺(tái)超大容量16兆瓦海上風(fēng)機(jī)并網(wǎng)發(fā)電，我國(guó)海上風(fēng)電大容量機(jī)組研發(fā)制造及運(yùn)營(yíng)能力再上新臺(tái)階；東北草原，興安盟300萬(wàn)千瓦風(fēng)電項(xiàng)目全容量并網(wǎng)，成為我國(guó)在運(yùn)最大陸上風(fēng)電基地；西部高原，世界超高海拔地區(qū)最大風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，克服高原空氣稀薄的困難，持續(xù)穩(wěn)定送電……近年來(lái)，新紀(jì)錄新突破捷報(bào)頻傳，是我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)“乘風(fēng)而上”強(qiáng)勁發(fā)展的縮影。
實(shí)際上，在風(fēng)力發(fā)電這場(chǎng)世界級(jí)馬拉松賽道上，我國(guó)并沒能與世界同時(shí)起跑。
人們關(guān)于風(fēng)電的研究始于19世紀(jì)末。1887年，蘇格蘭科學(xué)家詹姆斯設(shè)計(jì)建成世界第一臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，用于蓄電池充電和房屋照明。1891年,丹麥氣象學(xué)家?guī)鞝栐O(shè)計(jì)建造出世界上第一臺(tái)現(xiàn)代意義的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。此后，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的探索，少數(shù)國(guó)家開始小規(guī)模利用風(fēng)電。到20世紀(jì)70年代，兩次石油危機(jī)讓各國(guó)高度關(guān)注“化石燃料依賴”問題。丹麥、德國(guó)、瑞典、英國(guó)和美國(guó)對(duì)風(fēng)能的重視空前加強(qiáng)，紛紛出臺(tái)政策促進(jìn)風(fēng)電發(fā)展。
我國(guó)直到1986年，才建成了第一座陸上風(fēng)電場(chǎng)——馬蘭風(fēng)電場(chǎng)。當(dāng)時(shí)使用的還是從丹麥引進(jìn)的3臺(tái)55千瓦電機(jī)，總裝機(jī)容量165千瓦，最高年發(fā)電量33萬(wàn)千瓦時(shí)。這個(gè)發(fā)電量在如今以兆瓦為單位的時(shí)代看來(lái)，著實(shí)有些落后。但是，當(dāng)時(shí)那一座座聳立在山東省榮成市的巨大“風(fēng)車”，吸引了全國(guó)人的目光，傾注著一代人的期待。
2006年是我國(guó)風(fēng)電規(guī)模化發(fā)展的起點(diǎn)。這一年，《中華人民共和國(guó)可再生能源法》正式實(shí)施，全國(guó)新增風(fēng)電裝機(jī)量達(dá)133.7萬(wàn)千瓦，超過此前裝機(jī)量總和。
在持續(xù)有效的政策支持下，依托規(guī)?；_發(fā)和持續(xù)創(chuàng)新，僅用30多年，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)就實(shí)現(xiàn)了從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的巨大跨越。
當(dāng)前，我國(guó)已成為全球最大的風(fēng)電市場(chǎng)。據(jù)國(guó)家能源局公開的最新消息，2022年，我國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)4983萬(wàn)千瓦，累計(jì)裝機(jī)容量3.96億千瓦，風(fēng)電新增裝機(jī)容量連續(xù)14年、累計(jì)裝機(jī)容量連續(xù)13年居全球首位。
我國(guó)已成功培育出一條具有國(guó)際領(lǐng)先水平和全球競(jìng)爭(zhēng)力的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈，擁有全球最大的風(fēng)電設(shè)備制造基地。當(dāng)前我國(guó)生產(chǎn)的風(fēng)電機(jī)組占全球市場(chǎng)的2/3以上，鑄鍛件及關(guān)鍵零部件產(chǎn)量占全球市場(chǎng)70%以上。
我國(guó)風(fēng)電技術(shù)已處于國(guó)際領(lǐng)先水平。中國(guó)首個(gè)可并網(wǎng)的兆瓦級(jí)高空風(fēng)電示范項(xiàng)目成功發(fā)電，雙轉(zhuǎn)子漂浮式海上風(fēng)電平臺(tái)、陸上雙風(fēng)輪風(fēng)電機(jī)組等新產(chǎn)品研發(fā)成功，發(fā)電機(jī)、齒輪箱等關(guān)鍵核心部件國(guó)產(chǎn)化率接近100%，長(zhǎng)葉片、高塔架應(yīng)用領(lǐng)跑全球。
一系列風(fēng)電產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)的不斷突破，助推我國(guó)風(fēng)電建設(shè)大幅度提速。風(fēng)電企業(yè)已能夠很好地滿足沙漠、海洋、低溫、高海拔、低風(fēng)速、臺(tái)風(fēng)等各種環(huán)境氣候區(qū)域風(fēng)電的設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造、安裝、調(diào)試和運(yùn)行需求，支撐國(guó)家陸上和海上風(fēng)電基地規(guī)模化建設(shè)，推動(dòng)風(fēng)電裝機(jī)由“三北”地區(qū)逐步向中東南地區(qū)發(fā)展，由陸向海、遍布全國(guó)。
技術(shù)突破還帶來(lái)風(fēng)電成本持續(xù)下降。國(guó)際可再生能源署報(bào)告指出，過去10年間，全球風(fēng)電平均度電成本累計(jì)下降超過60%，其中很大一部分歸功于中國(guó)創(chuàng)新、中國(guó)制造、中國(guó)工程。
正是憑借豐富的風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品譜系和明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，我國(guó)風(fēng)電企業(yè)正加快“乘風(fēng)出海”，全面參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。據(jù)中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專委會(huì)統(tǒng)計(jì)，截至2022年底，國(guó)產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組出口的國(guó)家和地區(qū)已超過49個(gè)，遍布五大洲，累計(jì)出口容量達(dá)1193萬(wàn)千瓦，成為帶動(dòng)我國(guó)出口貿(mào)易的重要新生力量。
“風(fēng)馳電掣”
利用風(fēng)能的方式越來(lái)越多樣
按風(fēng)電場(chǎng)部署位置，風(fēng)電可分為陸上風(fēng)電、海上風(fēng)電和高空風(fēng)電三大類。
其中，陸上風(fēng)電起步最早，技術(shù)也最為成熟。陸上風(fēng)電主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、集電線路、升壓站、送出線路等4個(gè)大部分組成，設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，便于運(yùn)輸和安裝。得益于技術(shù)成熟度、建設(shè)難度、建造成本等方面優(yōu)勢(shì)，多年來(lái)陸上風(fēng)電得到各國(guó)優(yōu)先發(fā)展，累計(jì)裝機(jī)容量獨(dú)占鰲頭。全球風(fēng)能理事會(huì)《2023全球風(fēng)能報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，截至2022年，全球陸上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)841.9吉瓦，占比高達(dá)92.9%。
高塔、長(zhǎng)葉片、大容量成為陸上風(fēng)電發(fā)展的主要趨勢(shì)。當(dāng)前，陸上風(fēng)電最大單機(jī)容量已達(dá)15兆瓦，葉輪直徑已覆蓋240米。
不過，經(jīng)過持續(xù)多年的規(guī)?；l(fā)展，陸上優(yōu)質(zhì)風(fēng)能資源日益稀缺，土地資源限制影響越來(lái)越大，這促使人們把目光聚焦到了海上。
海上風(fēng)能資源豐富，風(fēng)向改變頻率較陸上低，平均風(fēng)速高，離岸10千米的海上風(fēng)速通常比沿岸高20%，且很少有靜風(fēng)期，同等發(fā)電容量下海上風(fēng)機(jī)的年發(fā)電量比陸上高70%。
“向海爭(zhēng)風(fēng)”成為全球風(fēng)電新一輪規(guī)?；l(fā)展的主流方向。據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)發(fā)布的《2023年全球海上風(fēng)電報(bào)告》數(shù)據(jù)，截至2022年底，全球海上風(fēng)電總裝機(jī)容量64.3吉瓦，預(yù)計(jì)到2032年，全球海上風(fēng)電總裝機(jī)容量將增加到447吉瓦。
海上風(fēng)電加速擴(kuò)張帶來(lái)大容量機(jī)組加快突破。從我國(guó)海上風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量發(fā)展看，從1.5兆瓦增至5兆瓦用了整整10年，而從5兆瓦增至16兆瓦的用時(shí)僅6年。當(dāng)前，海上風(fēng)電更是邁入20兆瓦時(shí)代，葉輪直徑已覆蓋280米，有專家預(yù)測(cè)，未來(lái)幾年或突破30兆瓦。
目前已建成的海上風(fēng)電場(chǎng)基本在灘涂和近海，然而全球海上風(fēng)能資源約80%集中于水深超過60米的海域，在近海風(fēng)能資源開發(fā)趨近飽和背景下，遠(yuǎn)海風(fēng)電將成為海上風(fēng)電發(fā)展新的增長(zhǎng)點(diǎn)。
在改進(jìn)陸上和海上風(fēng)電技術(shù)提高低空風(fēng)能資源利用效率的同時(shí)，一些國(guó)家把注意力放在了空中。
有研究顯示，高空中蘊(yùn)藏的風(fēng)能超過人類社會(huì)總需能源的100多倍。由于高空風(fēng)的流向穩(wěn)定、強(qiáng)度更大，理論上高空發(fā)電時(shí)間可以超過95%。此外，高空風(fēng)電占地面積僅為傳統(tǒng)風(fēng)電的1/30，可以建在主干電網(wǎng)附近或大城市人口稠密地區(qū)周邊，非常利于風(fēng)電就近消納。
高空風(fēng)電按發(fā)電機(jī)位置不同分為空基和陸基兩種。其中，空基高空風(fēng)電原理與傳統(tǒng)風(fēng)電模式類似，區(qū)別在于其利用飛艇、高空氣球、無(wú)人機(jī)等將發(fā)電機(jī)懸浮在高空中，發(fā)電通過電纜傳到地面。
陸基高空風(fēng)電則是把飛行器系在纜繩上，像風(fēng)箏一樣放飛到高空，飛行器在風(fēng)力作用下帶動(dòng)纜繩往復(fù)牽引地面發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生電能。據(jù)媒體消息，今年1月上旬，我國(guó)首個(gè)可并網(wǎng)的兆瓦級(jí)高空風(fēng)能發(fā)電示范項(xiàng)目在安徽績(jī)溪成功發(fā)電，總裝機(jī)容量2×2.4兆瓦，能夠利用500米至3000米的高空風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電，采用的就是該技術(shù)路徑。
整體看，當(dāng)前高空風(fēng)電還處于驗(yàn)證階段，但是隨著材料技術(shù)、浮空器技術(shù)和輕量化電力系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，高空風(fēng)電在“風(fēng)電家族”中的地位作用將逐漸凸顯。
風(fēng)馳電掣，賦能未來(lái)。隨著一個(gè)個(gè)風(fēng)電項(xiàng)目落地投產(chǎn)，風(fēng)電在新型能源體系中的地位作用更加凸顯，將為世界能源安全穩(wěn)定供應(yīng)和綠色低碳發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)。
來(lái)源：中國(guó)軍網(wǎng)-解放軍報(bào) 作者：趙 旺 責(zé)任編輯：尚曉敏