海上风电电网: 下一个前沿阵地

　　欧洲正处于海上风能革命的边缘，国际能源署（IEA）预测，到2040年海上风电装机容量将达到130GW―180GW。海上风电和潜在的海上风电电网技术都已准备就绪。因此，欧洲大陆现在必须紧急部署这些技术，不光需要追求部署的速度和规模，还需要确保有协调和整体性的实施办法。

　　

　　欧洲风能产业已经走过40多年的历史，首个风电场于1982年在希腊的一个小岛上投入使用。1991年，在欧洲首个陆上风电场运营近10年后，欧洲的首个海上风电场才开始在丹麦投入使用，该风电场只有11台风电机组，总装机容量仅为5MW。

　　

　　同时，高压直流（HVDC）电力传输这一允许大规模电力远距离传输的技术，自1954年取得突破性创新之后，也开始扩大应用规模。到了1997年，一种全新的电压源转换器（VSC）高压直流输电解决方案开始引入到全球市场，该种技术，可以通过地底下、水面下或通过架空线路传输大量的电力。这一新技术并可用于城市输电、互联电缆连接和连通海上风电场等应用场景。值得一提的是，该项技术也是混合交直流输电系统（hybrid AC-DC transmission systems）的一个组成部分。

　　

　　当前，欧盟海上风电目标是到2050年有300GW的海上风电投入运行，英国的目标是到2030年有50GW的海上风电投入运行。海上风电产业正在快速增长，被认为是到2050年实现温室气体净零排放的关键。随着海上风电装机的增长，亟需发展用于将海上电力传输到陆上的工商业和家庭的传输方法。

　　

　　直至最近，海上风电电网基础设施的发展相对是不够协调的。也即风电场虽然已通过点对点的连接单独连接到了陆上，但对电网未来的发展还缺乏有协调的规划。

　　

　　同样，海底电网互连电缆系统也主要用于连接两个独立的传输系统。现在需要开始采用更全面的方法，这有助于推动海上混合电网连接项目的发展，这些项目可将多个风电场连接到多个市场，从而将海上风电和传输资产结合到一个单一的多用途资产上。这些海上混合电网项目（offshore hybridprojects）的自然发展，将推动电网系统以更协调的方式相互连接，从而在欧洲海洋盆地形成一个网状的海上电网系统。

　　

　　欧洲风能协会和日立能源合作编写的《海上风电电网：下一个前沿阵地》报告，描述了整个欧洲海上基础设施发展的现状、机遇和挑战，以及为实现欧洲海上风电目标的推动因素。为此，报告确定了推动海上风电产业增长和创建网状海上风电电网的短期至中期行动计划：

　　

　　――为了实现2030年海上风电雄心，欧洲各国必须作出规定，以确保新的海上风电项目与电网连接的进度加快。根据欧洲风能协会的数据，2022年欧洲共有2.5GW的海上风电（306台风电机组）接入电网。这是自2016年以来欧洲单一年度并网容量最低的一年，比预测的还要少30%。因此，欧洲各国家必须简化和加快许可和批准程序，激活正确的市场信号以促进投资，并巩固欧洲各地的制造基地，以实现欧洲颇具雄心的气候和能源目标。

　　

　　――电力正在成为不断推进的能源系统的支柱，海上风能作为能源组合的一部分，将在2050年温升控制在1.5摄氏度的目标方面发挥关键作用。释放海上风能作为各国清洁能源发展的全部潜力，需要为海上风能及其电网系统分配足够多的海洋空间。因此需要明确如何在海洋中可持续地建设大型能源基础设施，实现社会、经济、环境和技术收益，另外，需明确海上风电基础设施如何与海洋生态系统及其他海洋活动共存。

　　

　　――从点对点的海上连接转向海上混合电网项目并实现终极海上电网系统，将带来多种社会和经济效益。欧洲海洋盆地的海上混合电网项目和海上电网将带来诸多好处，比如优化基础设施建设，包括陆上和海上电缆的穿越、提高基础设施的利用率、改善电力系统的供需匹配能力等等。然而，在整个欧洲层面上，尚需要提供更多的明确性以减少投资风险，从而加快此类海上项目的部署速度。

　　

　　――虽然各种已有的技术可满足各种近期和中期目标，但现在必加快部署的速度和规模。目前已有的清洁能源电网传输技术，包括从点对点连接到海上混合电网项目，到最后的网状海上电网的技术等实际都已经存在。虽然行业提高效率和降低成本的关键必须强调“创新”，但目前强调"速度"和"规模"，这有助于协调部署这些技术。大规模的海上电网项目的部署，再加上对现有电网规范的调整，以使其适合这种部署，则现有有必要分别启动并强调网状海上电网的好处。此外，欧洲陆上电网的持续高效发展和现代化改造同样至关重要，这样才可以确保海上风电和输出的电力能够到达其最终目的地――家庭、工业和企业。

　　

　　――虽然技术已经准备就绪，但仍需努力开发出网状海上电网规划、建设、运营和维护所需的各种框架和规范。除了创建新的功能规范，还有必要对现有的网络规范进行修订。此外，还需要设计出采购和合同框架并在利益相关者之间达成一致。商业模式的创新对于开发可行的项目同样至关重要。互操作性，则不仅是一个技术问题，在区域层面的框架和规范下也需要考虑到。

　　

　　――网状海上电网的关键高压直流组件的互操作性潜力已通过创新项目得到证明，下一步需要的是全面规模（full-scale）的高压海上电网项目的部署。管理多终端高压直流输电网络发展的互操作性的例子已经得到了证明，欧盟地平线2020（EU Horizon 2020）资助的项目PROMOTioN等项目已证明了这一点。下一步需要做的是，在一个全面规模的高压项目中实施网状海上电网。欧盟资助的InterOPERA项目和英国资助的Aquila项目都提出到2030年实现全面规模的高压直流多终端、多厂商、多用途的实际应用。

　　

　　――即使欧洲强调了要加强本地产能，但利用全球供应链仍然很重要。最近，全球范围内公布的各种政策表明，制造业有可能重新回流到本地。然而，为了努力确保能源转型的发展势头，一个有弹性的全球供应链至关重要。目前，很多对项目进度和成本造成很大影响的供应链的中断也在提醒我们，需要一个健康的全球供应链，以及开放和公平的贸易市场，使制造商能够利用全球各地的资源，从而确保快速建设可再生能源和电网使能源系统能达到新的水平。这同样要求欧洲可再生能源的进口来源能实现多样化，并能更有效地管理其原材料来源。

　　

　　――技术供应商只有在较长的时间框架内看到项目的发展可能，才有可能加强对有弹性的供应链的管理和发展。新的政策和监管方法，以及新的和创新的商业模式，是实现整体前瞻性规划的重要推动因素。近来全球出现的供应链中断现象，凸显了政策制定者和监管者从单一项目批准转向多个项目批准的重要性，在涉及到陆上和海上电网的发展时或对现有电网进行翻新和现代化改造时，需要制定整体的前瞻性和综合的方法。此外，在项目开发商进行采购时，需要能反映出一种长期的方法。项目开发商必须接受基于长期整合计划，包括可复制性的新的商业模式。这种长期规划可以为制造商提供确保供应链所需的长期可见性，包括证明对增加额外容量的投资是合理的，并能够为额外装机容量或海上电网技术改进的预期性投资提供理由。

　　

　　――在持续建设能源转型所需的基础设施时，还必须拥有一个健康的技能/人才供应链。供应链破坏的最复杂和持久的因素之一是人才的挑战。为了规划、建设、运营和维护网状海上电网，电力部门需要吸引和留住技术工人，同时还要管理不断变化的人员构成以及员工的期望。非常有必要从最基层的人才开始将"能源转型"作为学术课程的一部分，同时在大学和职业学院推广更多的专门课程。

　　

　　――能源岛（Energy islands）有望成为有史以来最大的能源基础设施，并成为网状海上风电电网的一个关键基础。能源岛不仅可作为枢纽从周围的海上风电场汇集电力并将其传输到邻近的电网，还可将风电融合为区域合作的灯塔。按计划完成并管理这些能源岛，如北海能源岛、伊丽莎白公主能源岛，对实现欧洲的气候和能源目标至关重要。

　　

　　――开发网状海上风电电网的挑战还需要下一代具有雄心的利益相关者进行合作。这些利益相关者需要在地域和部门内以及不同的利益相关者群体间进行合作。跨地域和跨部门的协调与合作，是保证网状海上电网拥有全部社会、环境、经济和技术价值的关键。诸如政府间成立的北海能源合作协议等倡议将成为促进和培养所需类型的合作的关键，从而确保从规划到运营阶段的有效协调。未来这种合作可确保欧洲网状海上风电电网的建立由欧洲整体电网规划所确定，而不是像今天这样由不同国家的电网协调规划所确定。

　　

　　――在包括政策和法规、融资、可持续性、设计、建设、运营和维护在内的各个领域，一个明确的治理框架将成为重要的推动因素。虽然目前欧洲的点对点电网连接方式相对清晰，但转向网状海上电网后，不光有多个终端和多个供应商，还将连接多个风电场集群并连接多个国家或市场，系统将带来巨大的复杂性。比如，电网将从专用的基础设施，转向到共享的基础设施，多个风电场或互连电网未来将依赖共同的基础设施，从而出现利益和成本分担等问题。一个有效的治理框架，应明确列出所有相关利益方的角色和责任（以及这些责任之间的限制等）。虽然可能需要建立新的协议，但欧洲现有的陆上电网框架和方法应尽可能地被重新利用，当然，也需要进行必要的修正以反映海上电网的特点。