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【中国船舶报】提升装备『含绿量』,让海上风电走出绿色『碳足迹』

来源:中国船舶报(2024年5月22日)

       记者邝展婷

海上风电虽然是可再生能源,但是在整个运输、制造、建设、运营、报废的生命周期中,为经济社会系统提供能量服务的同时,同样会产生废气、废水、固体废弃物等污染物。作为经济社会系统各个部门协作的产物,海上风电是整个经济社会系统中的一部分,无法独立于经济社会系统的资源、能源与环境管理之外。

据悉,预计2024年我国海上风电发展将继续呈现加速趋势,未来三年国内海上风电装机复合增速有望超过40%。让海上风电产业不仅产出绿色电能,也实现自身的绿色发展,是摆在行业面前的挑战。

提高装备全生命周期绿色水平

如果要分析评价海上风电项目的物质流动,装备部分无疑是最重要的大宗输入物质之一,包括风电机组的基础、塔筒、风机、叶片,也包括施工、运维船舶装备等。作为身处绿色能源行业之中的装备制造企业,我国相关企业在“制造绿色产品、施行绿色制造”方面的认识也走在了前列。

2023年,中国船舶集团有限公司旗下中船海装风电股份有限公司开展了H220-8MW海上机组基于全生命周期的碳足迹排查,获得了该机型碳足迹证书。该公司还构建开发了面向大型风机装备生命周期的绿色设计信息数据库及基于LCA的大型风电装备绿色设计决策支持工具,使产品及其制造过程对环境的总体负面影响减到最小。

通过排查明晰产品的碳排放强度,可以为产品销售及出口提供碳排放数据支持,同时提前关注产品的环境属性,应对未来可能的绿色贸易壁垒。同时,抓住降低产品碳排放这一抓手,也能更好地控制产品成本,实现更低的度电成本。目前,东方电气风电股份有限公司、中车永济电机有限公司、金风科技股份有限公司、远景科技集团等风电行业企业均开展了产品碳足迹相关评估和研究。

轻量化也是风电装备行业的技术发展趋势。装备轻量化不仅是降低成本的一个手段,对装备全生命周期来说,也意味着安装难度更低、施工成本更低,是实现“平价风电”的有效举措。在业内,中船海装研究应用了大型风电装备核心大部件轻量化设计、模块化/可拆卸/再制造设计等绿色设计关键技术;明阳智慧能源集团股份公司为20兆瓦海上机组配套的叶片采用全新一代碳纤维材料,结合独特的结构分布,实现了叶片的超轻量化。

提升海洋能源利用率

海洋能能源密度较低,是海洋能开发利用面临的一大难题。广东海洋大学海洋工程与能源学院教授凌长明提出,要加强海洋能收集、转化、传递的技术研究,提高能源利用率。如海流能,就应全面利用横向波和纵向波、表层和浅层海洋能。

业内专家进一步提出,海洋能源的利用应朝立体式规划、多能协同融合的方向发展。如空中的风能,洋面的光能,水下的潮汐能、波浪能,深水区的盐差能、温差能,可以根据相应海域的具体自然条件,立体式规划布置海洋能源的综合利用。此外,还可以结合海上风电制氢、制氨等技术,实现新型储能和能源消纳,将其作为规模化发展的方向。中海油研究总院有限责任公司水合物和海洋资源战略研究中心主任、首席工程师李清平指出,海上新能源多能协同融合会成为规模化的必然选择,风电、海洋能、光伏、制氢等多种能源协同开发利用会成为下一阶段研究的热点。

在具体的运维环节,智能技术也可以对提高能源利用率起到至关重要的作用。明阳集团开发的场群尾流WMC控制技术,应用后可使整场风机发电量提升3%。目前多家企业、高校和院所都开展了智能运维技术的研究,包括中山大学海洋工程与技术学院开发的面向控制目标的风力机尾流高精度三维数值模拟平台、中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司开发的海上风电智能运维决策平台、南方海洋科学与工程广东省实验室(湛江)开展的海上风机故障诊断预警研究、中船海装的智能运维平台和智能化场控平台等。

提前规划装备退役技术

海上风电场的寿命周期一般为25年,以我国海上风电场的投产时间计算,最早一批投产的海上风电场将于2035年左右进入退役阶段。参照国外风电行业当前面临的退役风场拆解成本、废弃成本等问题,提前进行海上风电拆解退役技术研究并非杞人忧天。

在中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司主办的“发展绿色能源、打造蓝色粮仓———海洋能源与海洋牧场创新技术研讨会”上,中国科学院广州能源研究所能源战略研究中心主任、研究员蔡国田介绍,退役新能源器件循环利用技术包括退役风机叶片热处理与纤维材料回收成套技术,退役锂电池智能拆解、清洁热转化、物理修复再生及精深高值化利用技术,退役光伏组件热解—分离—循环一体化处置装备等。据悉,目前广州能源所正在筹备建立退役新能源器件循环利用研发平台,以退役储能系统、光伏组件、风电机组叶片为对象,目标是形成涵盖基础研究、技术开发、装备研制和技术测试验证的全链条综合性研发平台。

蔡国田指出,海上风电部门作为整个经济社会系统的一部分,对其物质流分析与全生命周期的评价应从物质资源承载的各类生产活动与生活服务出发,兼顾产品与服务整个生命周期过程中的环境影响,实现全社会各个部门资源、能源与环境足迹准确刻画,才能更加准确地计量海上风电在经济社会活动过程中的资源循环、能量消耗与环境污染等核心物理量,形成基础数据库。

中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司副设计总工程师谭任深介绍,该院下一步的研究规划就包括构建海上风电数据产业联盟生态圈,以海上风电大数据中心为数字枢纽,将政府监管机构、投资方、设计咨询方、制造方、高校科研院所等相关方连接起来,打造共享、共商、共建的海上风电产业数字生态系统,为海上风电行业提供全生命周期的智慧解决方案。