李漢龍

能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是推動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的原動力。在當(dāng)今世界的能源結(jié)構(gòu)中，人類消耗的主要是煤炭、石油、天然氣等化石能源。隨著全球能源消費需求飛漲，化石能源被大規(guī)模開發(fā)使用，產(chǎn)生的二氧化碳等溫室氣體的大量排放，導(dǎo)致全球氣候變暖，引發(fā)氣候的極端變化。為應(yīng)對氣候變化，人類必須另辟蹊徑，積極尋求能夠替代化石能源的新能源和可再生能源，逐步擺脫對傳統(tǒng)化石能源的依賴。

從“黑金”到風(fēng)力，能源一直在進(jìn)化

回顧利用能源的進(jìn)化史，人類經(jīng)歷了從低級到高級、從簡單到復(fù)雜、從小量到大量的過程，先后走過了以柴薪為主、煤炭為主、石油和天然氣為主的時期，正邁入以水能、風(fēng)能、核能、太陽能、生物質(zhì)能等新能源廣泛利用的時代。煤炭、石油等，都是“一次能源”或稱“天然能源”，它們存在于自然界中。而由“一次能源”轉(zhuǎn)化和形成的電力、汽油、柴油、液化氣等能源被稱為“二次能源”或“人工能源”，在當(dāng)今的人類社會使用更加廣泛。

其中，電力是現(xiàn)在人類最常用和最重要的“二次能源”，它可以非常方便地轉(zhuǎn)化成機(jī)械能、熱能、化學(xué)能等其他形式的能量供人類使用。電力的神奇應(yīng)用正在日新月異地改變著世界，讓許多曾經(jīng)令人神往的幻想，一個一個地變成了現(xiàn)實。當(dāng)前，電力已經(jīng)是人類現(xiàn)代文明的支柱，其應(yīng)用程度成了衡量一個國家發(fā)展水平的主要標(biāo)志之一。

火力發(fā)電是歷史最悠久的，也是當(dāng)今世界各國所采用的最重要發(fā)電方式，包括燃煤發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電等。燃煤發(fā)電通過在鍋爐中燃燒煤炭等燃料，產(chǎn)生熱能并將水加熱，使水變成高溫、高壓的水蒸氣，然后由水蒸氣驅(qū)動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動，再帶動發(fā)電機(jī)來發(fā)電。

據(jù)中國國家統(tǒng)計局信息顯示，2021年以煤炭作為主要燃料的火力發(fā)電量依然占據(jù)我國發(fā)電總量的首位，為57702.7億千瓦時，同比增長8.4%，約為我國社會發(fā)電量的71.13%。其中，廣東省的火力發(fā)電量以4628.8億千瓦時，排在山東省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、江蘇省之后。

火力發(fā)電在給人類創(chuàng)造巨大社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的同時，也產(chǎn)生了一些環(huán)境問題。作為碳排放的最大單一來源，煤炭仍是世界最為常見的一次能源。以煤為主是我國的基本國情，目前我國煤炭占一次能源消費57%，煤炭發(fā)電量占約60%，對我國經(jīng)濟(jì)安全發(fā)展至關(guān)重要。我國實現(xiàn)碳達(dá)峰必須立足這個實際，做好煤炭清潔高效利用的同時，發(fā)展可再生能源，推動煤炭和新能源優(yōu)化組合，增加新能源消納能力。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類對環(huán)境保護(hù)的重視，新能源浪潮也正在重新塑造著電力工業(yè)，使得電力工業(yè)在可持續(xù)發(fā)展與安全環(huán)保領(lǐng)域謀求新的出路。作為近三十年間迅速發(fā)展并不斷成熟、具有大規(guī)模發(fā)展?jié)摿Φ娘L(fēng)能發(fā)電，在未來有可能成為化石燃料的重要替代能源。與化石燃料不同的是，風(fēng)能是一種儲藏量很大的、清潔的、可再生的新型能源。利用這種清潔能源來進(jìn)行發(fā)電，能夠使環(huán)境污染降至最低，也使人類的健康和地球上其他生命免受不良影響。

從陸地到海洋，風(fēng)電推動能源轉(zhuǎn)型

太陽持續(xù)照射地球，向地球表面穩(wěn)定地輸送光和熱。但是地球表面有陸地、海洋以及山川、森林、沙漠等各種地形，造成各處地形環(huán)境接受到的太陽光熱不均勻，引起大氣層中壓力的分布也不均勻，從而使空氣沿著水平方向運動，進(jìn)而形成了強(qiáng)大的動能，這就是風(fēng)能。風(fēng)能的利用就是將流動空氣擁有的動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。

科學(xué)家們曾估計，雖然到達(dá)地球的太陽能中只有大約2%轉(zhuǎn)化成風(fēng)能，但是其總量仍然非?？捎^。根據(jù)世界氣象組織估算，全球風(fēng)能約為2.74×109兆瓦，其中可利用的風(fēng)能為2×107兆瓦，它比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍，相當(dāng)于10800億噸標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生的能量。全世界每年燃燒煤炭獲得的能量，還不到風(fēng)力在同一時間內(nèi)提供給人類的能量的1%?？梢?，風(fēng)能是非常豐富且重要的能源之一。合理利用風(fēng)能，既可以減少環(huán)境污染，又可緩解能源短缺的壓力。

人類對風(fēng)能的利用有著漫長的歷史，世界上最早利用風(fēng)能的記載可以追溯到公元前的古埃及、古巴比倫和中國。公元前2世紀(jì)，古波斯人就利用垂直軸風(fēng)車碾米;公元10世紀(jì)，伊斯蘭人用風(fēng)車提水;11世紀(jì)，風(fēng)車在中東已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用;13世紀(jì)，風(fēng)車傳至歐洲;14世紀(jì)，風(fēng)車已成為歐洲不可缺少的原動機(jī)，其中荷蘭先將風(fēng)車用于低濕地的汲水，后又用于榨油和鋸木。此后，由于蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，歐洲風(fēng)車數(shù)目才急劇下降。在中國，人們很早就學(xué)會了利用風(fēng)力進(jìn)行提水、灌溉、磨面、鋸木、舂米和推動船舶前進(jìn)等。宋代更是中國應(yīng)用風(fēng)車的全盛時代，當(dāng)時流行的垂直軸風(fēng)車一直沿用至今。

雖然地球上的風(fēng)能資源十分豐富，但是風(fēng)能資源受地形的影響較大，世界風(fēng)能資源多集中在開闊大陸的收縮地帶和沿海地區(qū)。我國風(fēng)能資源豐富，可開發(fā)利用的風(fēng)能儲量約10億千瓦。其中，陸地上風(fēng)能儲量約2.53億千瓦（按陸地上離地10米高度資料計算），海上可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲量約7.5億千瓦，遠(yuǎn)超可利用水能資源的3.78億千瓦。

與其他能源相比，風(fēng)能發(fā)電對環(huán)境的影響小，無須使用燃料，也不會帶來空氣污染的問題;風(fēng)電工程建設(shè)周期短，從開工到投產(chǎn)一般僅需兩年左右;風(fēng)能是永久性的本地資源，資源豐富，運輸成本低，能保證長期穩(wěn)定供應(yīng);風(fēng)電對人力資源要求也簡單，有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)能持續(xù)工作數(shù)十年，而僅需少量人員進(jìn)行維護(hù)及監(jiān)控。很多專家認(rèn)為，從技術(shù)成熟度及經(jīng)濟(jì)可行性看，風(fēng)能發(fā)電最具競爭力，它將成為新能源的主角。

沿海地區(qū)是全球陸上風(fēng)資源最為豐富的區(qū)域，其主要特點是風(fēng)速大、有效小時數(shù)長、分布范圍廣。隨著陸上風(fēng)資源的大規(guī)模開發(fā)利用，海上風(fēng)電更憑借風(fēng)資源持續(xù)穩(wěn)定、風(fēng)速高、發(fā)電量大、不占用土地資源等以及海上風(fēng)電靠近經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，距離電力負(fù)荷中心近，風(fēng)電并網(wǎng)和消納容易等優(yōu)勢，越來越得到各國的青睞。我國沿海省份工業(yè)發(fā)達(dá)、耗電量大，但缺少傳統(tǒng)能源，電力供應(yīng)始終難以完全滿足需求。因此，沿海各省市近年來競相發(fā)展海上風(fēng)電，將風(fēng)能發(fā)電確定為發(fā)展可替代能源的主要方向。

從全球到廣東，海上風(fēng)電高速發(fā)展

海上風(fēng)電是將海上風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電方式，利用海上風(fēng)能發(fā)電的發(fā)電廠稱為海上風(fēng)電場。中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計研究院有限公司（以下簡稱“中國能建廣東院”）副總工程師、風(fēng)能技術(shù)中心主任周冰介紹：“隨著海上風(fēng)電場走向深遠(yuǎn)海，采用柔性直流輸電方式進(jìn)行海上送出的海上風(fēng)電場將越來越多。采用柔性直流送出的海上風(fēng)電場主要由海上風(fēng)電機(jī)組、集電海纜、海上升壓站、海上換流站、高壓送出海纜和陸上換流站等幾部分組成。海上風(fēng)電機(jī)組發(fā)出的電能通過集電海纜匯集接入海上升壓站，升壓后通過高壓送出海纜接入海上換流站變換為直流電能，通過高壓直流海纜送至陸上換流站后變換為交流電后接入電網(wǎng)。”

據(jù)了解，海上風(fēng)電的發(fā)展起步于歐洲，世界上第一個海上風(fēng)電場是丹麥Vindeby海上風(fēng)電場，于1991年實現(xiàn)并網(wǎng)運行。至2000年底，全球僅有8個小型海上風(fēng)電項目，2001年起，歐洲海上風(fēng)電進(jìn)入商業(yè)化示范性建設(shè)階段，尤其是近10年來，歐洲海上風(fēng)電市場保持著高速增長。根據(jù)全球風(fēng)能理事會（GWEC）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年，全球海上風(fēng)電新增并網(wǎng)量達(dá)到2110萬千瓦，創(chuàng)下歷史新高，全球海上風(fēng)電累計裝機(jī)量達(dá)到5700萬千瓦，同比上漲了7%。

我國海上風(fēng)電起步較晚，國內(nèi)第一個海上風(fēng)電場——上海東海大橋海上風(fēng)電場于2005年啟動建設(shè)，2010年建成投產(chǎn)。從2016年開始，我國海上風(fēng)電開始了高速發(fā)展。國家能源局的數(shù)據(jù)顯示，2021年全國新增海上風(fēng)電裝機(jī)1690萬千瓦，累計裝機(jī)規(guī)模達(dá)到2638萬千瓦，躍居世界第一。

“廣東省海上風(fēng)電起步于2009年，根據(jù)《國家能源局關(guān)于印發(fā)海上風(fēng)電場工程規(guī)劃工作大綱的通知》，廣東省發(fā)展和改革委員會（以下簡稱“省發(fā)改委”）組織開展了廣東省海上風(fēng)電場工程規(guī)劃編制工作。2012年8月，在省發(fā)改委的指導(dǎo)下，中國能建廣東院編制的《廣東省海上風(fēng)電場工程規(guī)劃》獲取批復(fù)并正式印發(fā)，成為我國首個獲得國家能源局批準(zhǔn)的省級海上風(fēng)電規(guī)劃報告。2014年12月，國家能源局印發(fā)了《全國海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)方案（2014—2016）》，方案包括了廣東省的珠海桂山、湛江外羅、陽江沙扒、陽江南鵬島等項目?！比珖こ炭辈煸O(shè)計大師、中國能建廣東院總經(jīng)理彭雪平向筆者介紹說：“‘十三五’以來，廣東省奮起直追，有序推進(jìn)海上風(fēng)電開發(fā)，實現(xiàn)了跨越式發(fā)展?！?/p>

2018年4月，廣東省首個海上風(fēng)電示范項目——珠海桂山一期海上風(fēng)電場示范項目首批風(fēng)機(jī)并網(wǎng)發(fā)電，實現(xiàn)了海上風(fēng)電并網(wǎng)“零的突破”。截至2021年底，全省海上風(fēng)電累計并網(wǎng)裝機(jī)容量約650萬千瓦，占全國的24.6%，位居全國第二。展望“十四五”，廣東省計劃新增海上風(fēng)電裝機(jī)容量約1700萬千瓦，建成一批世界一流的海上風(fēng)電基地，促進(jìn)能源綠色轉(zhuǎn)型，推動實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。