华能清能院郭辰：海上风电大基地制化设计初探

2020年12月4日至6日，由中国海洋工程咨询协会海上风电分会、中国南方电网有限责任公司、中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司、中国长江三峡集团有限公司、新疆金风科技股份有限公司等单位共同主办的“2020中国海上风电工程技术大会”在北京召开。

中国华能集团清洁能源技术研究院院长助理郭辰出席大会并发表题为“海上风电大基地制化设计初探”的主旨演讲。

以下为发言实录：

郭辰：各位尊敬的专家、领导，下午好！我的演讲题目是“海上风电平价形势下的思考”，主要分四个部分：第一个部分，对于海上风电行业总体的形势分析；第二部分，平价关键环节；第三部分，华能在产业和科研方向，在海洋风电方面总体布局和思想；第四部分，总结和建议。

第一个部分，从目前“十四五”的预测来看，“十四五”期间新能源的桩基容量要实现翻番，也就意味着新能源的桩基会整个超过水电，成为我国第二大电源。预计到2025年，新能源的桩基增量，比起2020年底会有大约4亿千瓦以上，甚至达到5亿-6亿千瓦的增量，预计风量也将超过2亿千瓦。根据“30·60”碳中和目标，每年新增桩基接近或达到5000千瓦。从整个新能源桩基容量来看，比起“十三五”末期由4亿千瓦递增到超过8亿千瓦，发电比例从8.6%上升到16%以上。

海上风电目前面临的挑战总结了两点：第一点是2021年以后，随着窗口期的结束，也就是平价时代的全面到来，海上风电产业先是在2021年下半年有投产潮，今后在三到五年时间内将经历一个发展调整期。第二点，海上风电行业目前的勘查设计、制造、建设、运维等等的技术标准体系还不够健全，技术的培育仍然不充分，特别是深远海海上风电规模化高效开发技术目前尚不成熟。

分区域来讲述一下海上风电国内的主要分布体征。国内海上风电主要分布在东部和南部沿海地区，实际可以以长江口作为总体的分界线，长江口以北区域受台风影响相对较小。以南区域，以浙江的温岭地区，包括台湾海峡、广东粤东地区汕头海域台风影响比较显著，包括北部湾地区台风影响比较显著，主要风能资源集中在台湾海峡和南北区域，同时浙江的杭州湾以南地区风能资源条件也比较好。

从工程建设的主要挑战来看，辽宁区域主要挑战是存在部分海滨还有迁延的问题，特别是大连海域，辽宁区域主要的基础形式，包括高桩承台、单桩。江苏海域主要挑战是以冲刷为代表的工程技术挑战。这里有许多基础形势可以在江苏海域得到大量的应用，比如说常说的复合筒型基础、薄壁钢管桩基础、高桩承台和单桩基础都得到了不少的应用。到浙江和福建以及两广地区的海域，特点和挑战就增加了，包括台风、深水的挑战很明显。比如浙江，到了杭州湾以南的地区，水很深，淤泥也很深，这样一来基础方面的要求就更高了，而且工程建设的难度也增加了。两广地区，深水、台风、浪高、地震，在汕头海域部分地区达到大7度甚至8度的地震带，在这种条件下基础形式设计方面和淤度控制方面得到了相应的调整，桩式和负压筒式的导管架基础也得到充分应用。

从整个实现平价的差距来看，各个区域代表性地区，沿海各个省市来看，风速资源分布可以看到，实际上资源比较丰富的区域主要集中在上海及以南地区，风能资源相对集中。造价方面的情况来看是典型造价，不代表平均水平，也不代表最高水平。典型造价来看，由于辽宁地区存在部分海域存在迁延的特点所以造价偏高，广东和福建海域造价也偏高。最终可以初步分析得到，实现平价的差价和距离到底有多大，这里实际可以看到江苏区域，对于率先实现平价来说有更好的条件。

接下来分析大基地平价的制约因素，以江西、广东和广西三个区域为代表进行分析。江苏和广西区域，特别是广西区域资源条件相对较弱，所以实现平价对于风机的单位千瓦面积要求更高，广东区域台风抗台要求还有用海限制，远距离输送，基础类型要求更高。从下面的成本构成示意图上也可以看到，广东区域的典型的大基地的平价项目，风机基础设施投资占比要高于广西和江苏。另外由于广东省总体海洋风电规划，先期规划近海900万千瓦，深远海大约5600万到5700万千瓦，新出台的规划又增加了1200多万千瓦，这样一来远距离输送就成为了突出问题，所以海上和陆上换流站所占成本投资比例会比其它两个区高一些。

海上风电未来要实现平价整体的趋势，可以归纳为四点：

第一点是规模化，打造百万级和千万级的海上风电基地成为主流趋势。

第二点是定制化，以度电成本为引导，趋向…降低运维成本和建设成本。

第三点是智慧化，通过智能技术，可实现健康感知和故障检测，还有集群的智能控制。

第四点是大型化，前面几位专家领导也提到了，海上目前在研和已经投运的已经有10兆瓦机组，在研的10兆瓦等级的新型的风电技术，对于不同地区，应该有适合该地区进行平价开发的大机组。做一个简单预测，广东区域大机组单机容量大型化趋势更明显一些。

目前海上风电模式开发具有四个突出的局限性：技术局限性，比如说机组的定制化程度目前仍然总体不高。进度局限性，体现在目前的开发流程上，递进式的开发管理进度，缺乏高效规划，衔接效率也比较底下。质量局限性、经济局限性，以经济局限性为例，现在国内设计主要以维修费率阶梯变动方式做设计，像欧洲海上风电前几年经验数据总结出22%和28%的运营成本，国内也作为重要的数据引用。但国内海上风电究竟运营费用准确值是多少？匹配度如何？目前还需要进一步积累实际数据。

为了实现海上风电的平价，我们在保证安全的前提下尽量降低平准化的单位度电投资，也就是LCOE。四个方面的主要路径实现，第一方面通过大容量的机组，大型化，包括一体化设计和区域的集成开发，实现初始投资的降低；第二方面是通过机组数字化、集约化水平的提高，提升机组运行可靠性，从而降低运维成本；第三方面是机组开拆卸、可回收，还有延长运营期，降低费用；第四方面通过多能互补，包括产业链上下游一些企业的加入和新兴业态的加入，来提升我们综合能源产出的效能，同时实现执行产业和海上风电产业高度融合，提高电能利用效率。

第二部分主要介绍平价关键环节。

第一个环节是规模化、集约化。千万千瓦级的重大基地的打造，以一盘棋的思维对项目进行整体化协同和一体化设计。通过一体化的开发、设计、招标、施工、运维，最终实现一片资源一个主体，统筹协调，高效衔接，来实现平价助推。

第二个环节是机组定制化。机组定制化昨天叫做机组标准化，早期的机组实际是一台机组或者一个平台，基本可以做到包打天下，那个时候机组对于风能数据资源敏感度是比较低的。到了今天，在目前已有产品和平台基础上进行优化拓展，所以这个阶段对于风能资源数据的准确性和敏感度越来越高，定制化水平比前些年也高得多。但将来要实现基地全面平价，我认为平价时代产品的终极解决方案应该是开发商、厂家密切合作，针对目标区域和基地项目进行定制化产品开发，当然对于不同的海上基地应该有不同开发容量的下限门槛，比如有的区域50万千瓦就可以做平价型的定制化机组开发，有的基地条件更高一点，30万千瓦就能支撑一款机型的开发。

通过机组的定制化实现发电量更优，各方技术融合下的稳定可靠性提升，成本造价的优化，项目建设的高效，和扩展性的强化。

第三个环节智能化。通过云平台、大数据、物联网、移动通讯、人工智能、区块链和边缘计算等先进技术，从智能感知、智能监控、智能分析、智能决策、智能辅助等方面，提升海上风电的智能化运营水平。在运维角度来看，最核心的资源是专家系统，专家系统又是以前端的智能检测作为前段技术，中段是数据，后段是专家分析系统和数据后处理。作为前段技术来说，智能检测技术，包括水下资产管理、海缆监测等等技术点，水下资产管理又需要融合图像识别、音频识别等等新的技术，通过模数转化方式实现数据的打通和一体化。

智能分析技术方面，结合海上风电产业的重要特点，风浪、气象、海浪高度耦合，多流场耦合情况下，天气预报就非常关键。而且海上风电对于风功率预测要求这一块要求越来越高，将来需要实现气象预测，包括风功率预测与气象部门的实质打通。另外船舶航务和人员管理系统，以及海上安防系统这一块，也就是电子围栏等等子系统，也需要实现与海事部门的实时打通，才能实现整个智能运维系统的有效运作。

第四个环节是融合运维。第一是智能化海上运维中心，基于机组的状态和部件的评估，和故障模型的预测，来降低综合成本。第二是共享化海上运维生态，发挥集群效应，而且海上运维模式的转变，包括现在很多海洋工程大的公司，产业链上下游的公司，包括装备制造业公司，生产大型船舶，远洋海上风电场开始运维的时候，出现类似于航空母舰一样这种大的运维装备，可以更大程度上集约化降低我们的运维成本。包括系统化的海上运维的培训，和多样化的海上运维装备。

从运维的最终目的来看主要是三个目的：

第一个目的是通过电量增发，降低建设和运维成本，提高风电场的运行效率和运行能力，这等于开源节流。

第二是提高安全性管理水平。

第三是要提升集约化、智能化管理水平。

最后一个环节，产业协同发展。通过打造完善海上风电产业集群，来完善整个海洋生态的产业生态圈，包括不同的环节，也包括众多的上下游企业，包括规划设计、主设备、辅助设备、施工、关联产业、运营、专业服务等等，这包括众多的上下游产业，最终要形成风电产业联盟的发展，要维系整个海上风电产业生态圈有序发展。

第三部分简要汇报产业和科研布局。

华能集团“两线”“两化”战略实际是以北线为代表的，以陇东、晋北、河南、锡盟、白城等区域为代表的北线战略，主要发展陆上风电大基地；东线以东南部海上风电开发为主要内容，包括沿海的各个基地，代表项目是江苏的千万千瓦项目基地；西南还有澜上和雅江上游水风光互补基地，这是整个大的发展战略和布局。

华能氢能院作为华能集团新能源研发科技创新方面最重要的集成平台，以及新能源研发中心的挂号单位，主要是在风电，特别是海上风电领域重点推进四个研发中心的建设和成功运营。北京研发中心主要负责智慧运维数字化方案和诊断系统，江苏实验基地主要负责海上风电的涉海实验和并网技术研究，浙江实验中心负责风机、大部件和定制化机型研究，广东实验中心主要负责深远海漂浮式风级基础的设计研发。

通过基础能力的打造来解决制造、设计、建设、涉网、运行、维护等领域的核心研究实力，也希望与行业同仁一道，在产业协同发展和科技创新驱动方面能够实现有效的合作。

最后一部分，简短的结论和建议。

第一点，完善纵联衔接机制，促进创新链和产业链精准对接；第二点，提升行业合作水平，加速完善风电行业标准体系，提升国际话语权；第三点，迎接挑战，抢抓机遇，为实现更高水平的平价下好先手期，“十四五”发展规划报告中提到要统筹谋划下好先手期，对于海上风电来说应该在更高水平平价上下好先手期；第四点，要实现更高质量的发展，工程需求为主线，加大科技研发力度，来实现提质增效和融合发展。

我们相信，只要行业的兄弟单位和专家同仁能够携手一起努力，并肩奋斗，一定能够在海上风电产业平价即将到来的大背景下，在“十四五”期间持续凝聚力量，共创海上风电产业发展的美好明天，并为“30·60”碳中和的目标圆满实现贡献更多更大的力量。

我的演讲到此结束，谢谢各位专家和领导！

（根据速记整理，未经演讲人审核）