研究背景
海上風(fēng)電是構(gòu)建新型能源體系的重要組成部分。國務(wù)院印發(fā)的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》指出，要堅(jiān)持陸海并重，推動(dòng)風(fēng)電協(xié)調(diào)快速發(fā)展，完善海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈，鼓勵(lì)建設(shè)海上風(fēng)電基地，把促進(jìn)海上風(fēng)電發(fā)展放在更加突出的位置。發(fā)改委印發(fā)的《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》中進(jìn)一步提出，要優(yōu)化近海海上風(fēng)電布局，開展深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電規(guī)劃，推動(dòng)近海規(guī)?；_發(fā)和深遠(yuǎn)海示范化開發(fā)。
在國家政策的大力支持和產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同努力下，我國海上風(fēng)電始終保持高速增長的發(fā)展態(tài)勢，截至2024年底，我國海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)41.8 GW，約占全球裝機(jī)容量的50.2%，位居世界首位。目前，我國海上風(fēng)電已進(jìn)入高質(zhì)量規(guī)模化開發(fā)階段，風(fēng)電機(jī)組研發(fā)制造能力不斷邁上新臺階風(fēng)電規(guī)劃、設(shè)計(jì)建設(shè)運(yùn)維能力不斷提升、機(jī)組及場群控制策略不斷優(yōu)化、風(fēng)電產(chǎn)業(yè)自主安全和整體協(xié)同能力逐步完備、風(fēng)電開發(fā)模式規(guī)?；钸h(yuǎn)海特征更加顯著。
在探索向規(guī)?；?、大型化、深遠(yuǎn)海、智能化、海洋融合及友好并網(wǎng)發(fā)展的道路之上，科技創(chuàng)新是催生新模式、新動(dòng)能的重要源泉。有必要著力推動(dòng)科技創(chuàng)新體系建設(shè)、加快提升海上風(fēng)電創(chuàng)新體系整體效能，助力其實(shí)現(xiàn)由補(bǔ)充能源向主要能源角色的成功轉(zhuǎn)變。
研究意義
未來海上風(fēng)電行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)與難點(diǎn)在于如何聚焦海上風(fēng)電項(xiàng)目全生命期價(jià)值創(chuàng)造能力，形成優(yōu)化完善的創(chuàng)新機(jī)制及體系，從而推進(jìn)系統(tǒng)化技術(shù)創(chuàng)新。為此，本文提出了海上風(fēng)電閉環(huán)智能優(yōu)化機(jī)制與技術(shù)創(chuàng)新理念，對海上風(fēng)電科技創(chuàng)新體系的建設(shè)，尤其是自主能力、創(chuàng)新生態(tài)和“五位一體”技術(shù)創(chuàng)新體系的建設(shè)路徑進(jìn)行了詳細(xì)闡述。進(jìn)一步的，討論了以上創(chuàng)新理念和建設(shè)路徑在海上風(fēng)電全生命期智能化平臺建設(shè)實(shí)例中的成功應(yīng)用，為海上風(fēng)電高質(zhì)量發(fā)展提供了可復(fù)制的經(jīng)驗(yàn)范式與數(shù)據(jù)支撐。
重點(diǎn)內(nèi)容
3.1 閉環(huán)智能優(yōu)化機(jī)制與技術(shù)創(chuàng)新理念
1）閉環(huán)智能優(yōu)化機(jī)制。
通過“決策-執(zhí)行-評估-反饋”的閉環(huán)管理模式，將全生命周期項(xiàng)目管理分解一個(gè)大的管理閉環(huán)，各管理階段的業(yè)務(wù)為小的管理閉環(huán)，通過反饋機(jī)制檢驗(yàn)管理效果和總結(jié)管理經(jīng)驗(yàn)。各階段每項(xiàng)管理工作的閉環(huán)管理機(jī)制，包括全面感知、真實(shí)分析、科學(xué)決策、高效執(zhí)行和持續(xù)優(yōu)化等五大流程。
圖1 海上風(fēng)電全生命周期閉環(huán)智能優(yōu)化機(jī)制
2）技術(shù)創(chuàng)新理念。
海上風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)聚焦成本、績效、風(fēng)險(xiǎn)三大管理要素涉及到的關(guān)鍵核心技術(shù)和前沿引領(lǐng)技術(shù)，貫徹提高工程安全及運(yùn)行可靠性、提質(zhì)降本增效以及工程技術(shù)自主安全可控能力的建設(shè)管理理念，形成一整套“感知-分析-決策-執(zhí)行-優(yōu)化”的自主安全可靠可控技術(shù)。
圖2 海上風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新理念
3.2 海上風(fēng)電科技創(chuàng)新體系建設(shè)
1）設(shè)計(jì)優(yōu)化：以減少設(shè)計(jì)冗余、提升風(fēng)場發(fā)電量與機(jī)組可靠性為目標(biāo)，涵蓋從資源評估、場群規(guī)劃到機(jī)組定制化設(shè)計(jì)，從海洋勘探到結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)的全過程。
2）智能建造：基于計(jì)算分析學(xué)習(xí)模型，集成融合傳感技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)技術(shù)、建造技術(shù)及項(xiàng)目管理等知識，對海上風(fēng)電建造物及其建造活動(dòng)的安全、質(zhì)量、環(huán)保、進(jìn)度、成本等內(nèi)容進(jìn)行感知、分析、控制和優(yōu)化，以促進(jìn)安全、優(yōu)質(zhì)、綠色、高效建造。
3）友好并網(wǎng)：突破電力系統(tǒng)仿真、機(jī)組友好并網(wǎng)、深遠(yuǎn)海匯集組網(wǎng)及柔性直流輸電和柔直控制保護(hù)等技術(shù)，滿足可再生能源的最大化利用和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性保障。
4）智慧運(yùn)維：借助大數(shù)據(jù)和智能數(shù)據(jù)技術(shù)，改進(jìn)運(yùn)維設(shè)備和方式、優(yōu)化運(yùn)維策略、提高故障診斷和監(jiān)測技術(shù)，提升運(yùn)維管理精細(xì)化水平。
5）標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)：針對海上風(fēng)電環(huán)境、優(yōu)化設(shè)計(jì)、智慧運(yùn)維、資產(chǎn)管理等方面需求，主導(dǎo)或參與了有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)或編制修訂工作。
圖3 五位一體科技創(chuàng)新發(fā)展體系
3.3 創(chuàng)新實(shí)例：
海上風(fēng)電全生命期智能化平臺
圖4 海上風(fēng)電全生命期智能化平臺架構(gòu)
結(jié)論
在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下，海上風(fēng)電作為一種開發(fā)潛力巨大的清潔能源，正迸發(fā)出前所未有的活力，在新型能源體系構(gòu)建中將發(fā)揮越來越重要的作用。在未來，中國將繼續(xù)以海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求為導(dǎo)向，以關(guān)鍵核心技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)為抓手，促進(jìn)海上風(fēng)電一體化資源配置、規(guī)劃建設(shè)、調(diào)度運(yùn)行和有效消納，著重在漂浮式風(fēng)電、大容量機(jī)組、長距離輸電、深遠(yuǎn)海運(yùn)維等方向開展深遠(yuǎn)海前沿技術(shù)研究，打造源網(wǎng)荷儲多向協(xié)同、靈活互動(dòng)的數(shù)字化平臺;推出面向深遠(yuǎn)海規(guī)?；s化融合開發(fā)的定制化方案和示范性工程，探索海上共建、海陸統(tǒng)籌、區(qū)域協(xié)同發(fā)展的新型高效資源開發(fā)模式。
作者 樊啟祥1.劉鑫2.閆姝2.劉入維1.余璐2.王鑫3.郭雨桐2.林鵬3
(1. 中國華能集團(tuán)有限公司;2. 中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司， 國家能源海上風(fēng)電工程與運(yùn)行技術(shù)研發(fā)中心;3. 清華大學(xué)水利水電工程系)DOI：10.20121/j.2097-2784.ntps.250004
