捕风生电，一场跨世纪的能源探秘

2022年

风能和太阳能发电量

占全球总发电量的12%

与此相关

世界电力碳排放强度降至

历史最低水平

清洁能源正在重塑全球能源发展态势

从百余年前

风力发电雏形初现起

我们从未停止过

探索清洁能源的脚步

紧跟国家战略步伐

三峡人如何打造了

一座座风能转化“基地”

又将如何提升风电效率与质量

更好“驭风前行”

捕风

“纤微无所不入，广大无所不充。

经营八荒之处，宛转毫毛之中。”

风畅快于寰宇之间

也栖息于古人浪漫的笔锋中

从汉末悲风到隋唐风云壮丽

风是时代沉浮的侧写

“爆竹声中一岁除

春风送暖入屠苏”

风又是人间烟火的描摹

实际上

古人对风的理解和想象

并非只有浪漫

在交通运输中

东汉《释名》记载

“随风张极曰帆，使舟疾泛泛然”

▲二千料海船模型（中国国家博物馆藏，据南京静海寺残碑记载，郑和船队曾配备此类大型船只） （视觉中国供图）

在农业领域

木杴、飏篮、风车等

广泛应用于

谷物清选与排水灌溉

▲中国古代用于灌溉农田的水车 （视觉中国供图）

百年前

从劲风中收获滚滚能源的

美好想象变成现实

风也从

“抟之不可得，系之不可留”

真正变成“好风凭借力”

1891年

世界上第一座风力发电站

在丹麦建成

▲意大利邮票上的早期风电机组示意图 （视觉中国供图）

之后美国、苏联、瑞典等国

利用航空工业的旋翼技术

研制出小型风力发电装置

开启了人类利用风能的新时代

▲黑龙江伊春老白山风电场 （三峡能源供图）

随后

不同类型的风电机组

相继问世

从两叶片、四叶片到三叶片

风能以电为名

“涌入”千家万户

现代风机设计

仍旧效仿百年前的“极简风”

风吹动叶片

带动发电机转子旋转

通过切割磁感线

产生感应电流

风能就此转化为电能

原理虽然简单

但其中细节

却蕴藏着巧思与打磨

随着风电机组向大功率迭代

从叶轮、发电机

到传动装置、偏航装置、塔筒等

任何一个部件

都要经受极端工况的考验

▲海上吊装16兆瓦大风机 （三峡物资公司供图）

以叶片为例

从几十米至上百米

像一片展开的“翅膀”

其截面也被称为翼型界面

如此一来

空气流过时

“翅膀”顶部、底部形成压力差

便可推动叶片旋转

不过，低速旋转

并不能产生有效的电力输出

为此，还需要

控制叶片旋转的变桨系统

提升转速的齿轮箱

以及位于机舱顶部的风速风向传感器等

紧密“合作”

才能完成从风能到电能的转换

▲海上风机塔筒吊装 （三峡能源供图）

叶片之外

发电机、偏航系统、塔架等部件

彼此紧密耦合

这使得风机产业链

纵向长且横向交叉广

对国家综合工业能力提出挑战

上个世纪八十年代

我国还不具备

建设风电场的技术能力

我国第一座风电场——

马兰风电场

在山东省荣成市并网发电时

只有3台从丹麦引进的风机

工程师们拿着“外国货”

反向拆装

从一个个零部件开始研究

开启了一场

长达40多年的升级之路

▲新疆乌鲁木齐达坂城风力发电场全景航拍

1999年

中国第一台国产风机S600

亮相新疆达坂城

成为中国风电设备国产化的开端

2021年底

全球首台抗台风型漂浮式海上风机

在我国首个百万千瓦级海上风电项目——

三峡阳江沙扒海上风电场

并网发电

海上风电向深远海迈进

▲三峡阳江沙扒海上风电场 摄影：王璐

2023年夏天

福建省平潭外海上

由三峡集团牵头研发的

超大容量海上风机

矗立海上

▲16兆瓦海上风电机组安装 海报设计：阎泽群

风机叶片长123米

扫风面积相当于7个标准足球场

每年可输出清洁电能6600万千瓦时

足以提供3.6万户三口之家

一年的正常用电

万家灯火背后

机组与国产大飞机C919

我国第三艘航空母舰福建舰

等硬核重器

入选“2022年度十大国之重器”

2023年10月

首台100%国产化大风机

在江苏射阳下线

从陆地到海洋

从3兆瓦到10+兆瓦

“中国造”风机

经历了重重挑战与试炼

捕风生电

风机亦已成为

中国“智”造的名片

此时

我们才走完

风力发电的第一步

当风机阵列

扎根在沙漠、海洋、极寒之地时

滚滚电能

要如何接入电网

点亮千家万户？

▲我国海拔最高风电场——西藏措美哲古风电场 （资料图片）
送风

尽管风机功率不一

单台风机输出电压

通常维持在690伏

在经过

箱式变压器、集电线路、升压变电站

升压至数百甚至上千千伏后

才能“搭乘”送出线路

翻山越岭完成输电接力

▲吉林白城风电场 （资料图片）

茫茫海面

送电入网将面临更大挑战

让我们将视野投向

黄海海域

江苏大丰H8-2风电场

风机阵列离岸约80公里

遥远的输电线路上

除了海缆自身的热损耗

还有一个不容忽视的问题

电容效应

如果将导线和大地

想象为盛装着电荷的“容器”

交流电传输时

这个巨大的“电容器”

通过不断充放电形成感应电流

进而产生无功功率

影响输电效率

因此

远距离传输交流电

要装设无功补偿装置

也就是

高压电抗无功补偿站

（简称“高抗站”）

▲江苏大丰H8-2海上风电场高抗站 （三峡能源供图）

茫茫海面上

亚洲首座220千伏海上高抗站

迎风矗立

这座约四层楼高

两个标准足球场大小的“大块头”

配备有

电抗器、变压器

和新型储能系统等设备

通过抵消感应电流

保障海上风电远距离交流输电的

稳定与效率

不过，高抗站并非十全十美

当风电场离岸越来越远

不仅需要建设高抗站

输电线路铺设

也将更为复杂

怎么解决？

工程师想到了一个办法

由于直流电没有电容效应

柔性直流输电方案

应运而生

相较于传统直流与交流输电

柔性直流输电

电缆数量少、热损耗低

更可以根据电网需求

灵活调节电压

就在10年前

柔性直流输电技术

只被少数国外电力企业掌握

我国起步较晚

却“弯道超车”建成了多项

亚洲第一、世界第一

2011年7月

亚洲首个具有自主知识产权的

柔性直流工程——

上海南汇风电场

柔性直流输电工程投运

2015年

福建厦门±320千伏

柔性直流输电

科技示范工程正式投运

刷新了电压等级和

输送容量的世界纪录

2021年

江苏如东黄海海面上

三峡如东柔性直流输电工程投运

这是国内首个

采用柔性直流输电技术的

海上风电项目

所使用的是目前世界容量最大、

电压等级最高、体积最大的

海上换流站

▲三峡如东海上换流站

这座重达22000吨的“大块头”

面积近乎一个标准足球场

负责汇集110万千瓦容量生产的电能

可满足100万户家庭

一年的正常用电需求

这座“大块头”将有效解决

海上远距离输电损耗的问题

为我国风电走向深远海

打下“前站”

风起

数据显示

全球可利用的风能为200亿千瓦

比地球上可开发利用的

水能总量还要大10倍

其中，我国可开发利用的

风能储量约10亿千瓦

▲三峡能源江苏大丰海上风电场 （三峡能源供图）

而与资源丰富度相对应的

是相较于火电、水电、核电

风能资源

并不稳定的现实

为了克服

风大电多、风停电少的现实

电网会接入

火电与抽水蓄能电站

用以“削峰填谷”

可这也使风电入网

依赖于调峰电站的规模

有没有可能

让风电来得“更稳些”？

这甚至要成为风电场建设之初

就要解决的问题

为此

储能技术应运而生

在用电低谷时将电力储存起来

等到用电高峰再释放

应对高比例新能源接入

这一挑战

2020年6月

国家发展改革委、国家能源局印发

《关于做好2020年

能源安全保障工作的指导意见》

要求

推动储能技术应用

鼓励电源侧

电网侧和用户侧储能应用

鼓励多元化的社会资源

投资储能建设

仅两年之后

中国已成为全球新型储能项目

新增占比最大的市场

而加强电站与电网友好互动

不仅需要硬件的配合

更是一场

基础设施建设的“硬仗”

内蒙古茫茫草原上

三峡乌兰察布

新一代电网友好绿色电站示范项目

坐落于此

这是国内首个储能配置规模

达到千兆瓦时的新能源场站

▲三峡乌兰察布新一代电网友好绿色电站 摄影：徐强

风机阵列旁

如“蜂巢”般精密排布的

磷酸铁锂储能电池组

可储存110台5兆瓦风机

满发2小时产生的电能

为电网系统

调峰调频“打辅助”

▲三峡乌兰察布新一代电网友好绿色电站储能系统航拍 摄影：徐强

硬件上看

电站只是多了一个储能单元

但这却是“质”的改变

比如，当有“余电”时

储能系统

将优先储存风能还是太阳能？

当用电量陡增

是选择加大风机与光伏出力

还是释放储能系统中的电能？

几乎每分每秒

电站都在做着类似的“选择题”

由三峡集团联合相关方研发的

“智慧联合集控系统”

如同一个

反应迅速、判断精准的“指挥官”

通过人工智能等技术

将气象与负荷数据“集入脑中”

通过优化计算

分配至站内风光储单元

生成高效行动

广袤草原长风渐劲

中国风电人

靠着自主开发的决策系统

捕捉瞬息而动的风

可控且持续地送入电网

从捕风到驭风

从“跟跑”到“领跑”

中国风电人的征程指向星辰大海——

向东走

漂浮式风电加速进军深远海域

向西行

“风光水火储”能源基地蓝图已绘

向天望

高空风力发电技术

写入国家重点研发计划指南

向未来而去

中国风电

不只要做大 更要做精做强

这不仅仅是一场

资源、技术和人力的投入

更依赖于国家

对新型电力系统发展的规划

只有在更加开放、更加深入的国际合作中

才能走向进步

▲三峡集团投资并购的德国梅尔海上风电项目全景 （三峡国际供图）

无论是风能

还是太阳能、水能、核能

能源不仅关乎

一家一户的蔬饭餐暖

一国一地的经济民生

最终还要面对气候

这一关乎人类自身的命题

世界气象组织发布

《2023年全球气候状况报告》指出

从山峰到海洋深处

2023年

气候变化均在继续

我们对能源的探索也仍在继续

实现能源自由

让发展与气候脱钩

挑战重重

但我们相信

路虽远行则将至

正如习近平总书记指出的

“应对气候变化的全球努力

是一面镜子，

给我们思考和探索

未来全球治理模式、

推动建设人类命运共同体

带来宝贵启示。”

本文作者：王璐