《海上风电支撑我国能源转型发展战略研究（综合卷）》是中国工程院重大咨询研究项目“海上风电支撑我国能源转型发展战略研究”的研究成果。发展海洋经济，保护海洋生态环境，加快建设海洋强国是党的二十大报告的明确要求，发展海上风电等海洋战略新兴产业是经略海洋的重要抓手。2019年9月，中国工程院启动了“海上风电支撑我国能源转型发展战略研究”重大咨询研究项目。项目系统研究我国海上风电的发展方向、战略布局、战略步骤、外部条件、基础支撑等重大问题，重点分析发展海上风电的重要性和必要性，剖析推动海上风电大规模发展必须解决的重大问题，形成海上风电支撑我国能源转型发展的战略思路，提出重大举措，以期为国家能源转型提供决策支撑。《海上风电支撑我国能源转型发展战略研究（综合卷）》是在项目研究成果的基础上完成的，是在项目层面对课题研究成果的系统梳理与深化研究，是各课题研究成果的集中体现。

第1章我国海上风电发展战略
　　1.1 海上风电是支撑我国能源转型发展的重要举措
　　1.1.1 我国能源革命的紧迫性
　　随着改革开放以来经济社会的高速发展，我国经济总量已跃居世界前列。与之相对应的是能源消耗总量也持续大幅增长，目前我国已成为世界上*大的能源生产国和消费国。2021年我国能源生产总量达到43.3亿t标准煤，发电量达到8.5万亿kWh，可再生能源发电装机达到10.6亿kW，均居世界*位。2021年我国一次能源消费总量达到52.4亿t标准煤，其中煤炭占比为56.0%。在我国能源电力事业取得举世瞩目的成就的同时，能源资源约束日益加剧，生态环境问题突出，调整结构、提高能效和保障能源安全的压力进一步加大，能源发展面临一系列严峻挑战。
　　1.1.1.1 能源消费总量持续增加，能源利用效率较低
　　进入21世纪以来，我国一次能源消费总量持续增长，年均增长近2亿t标准煤，有力支撑了我国经济社会的快速发展。我国单位国内生产总值（GDP）能耗从1978年的15.66t标准煤/万元降到了2021年的0.46t标准煤/万元，但仍高于世界平均水平50%。多年来，我国GDP增长过多依靠投资和出口拉动，高能耗产业发展过快。我国能源转化和利用效率偏低，先进高效能源技术普及率仍然较低，煤炭等化石能源清洁高效利用技术发展不平衡，部分行业开发应用滞后，能源优质化利用程度不高，与发达国家差距明显，节能潜力巨大。
　　1.1.1.2 用能结构不够绿色，碳减排压力大
　　我国“富煤、贫油、少气”的能源资源禀赋，使煤炭一直在我国一次能源生产和消费结构中占据主导地位。我国非化石能源近年来有所增长，2021年占比为16.5%，与世界平均水平相当。2020年全球能源相关CO2排放总量为322亿t，我国CO2排放量位于全球**，排放量为98亿t，是美国的2倍、欧盟的3倍。2020年12月，国家主席习近平在气候雄心峰会上宣布“到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上” 。由于我国是*大的发展中国家，二氧化碳排放量仍在持续上升，为实现这一目标，未来温室气体减排压力巨大。
　　1.1.1.3 油气对外依存度持续增高，能源安全形势严峻
　　我国化石能源的储采比非常低，远远低于世界平均水平。2020年我国石油、天然气、煤炭的储采比分别为18.2年、43.3年和37年，世界石油、天然气、煤炭平均储采比为53.5年、48.8年和139年，石油仅约为世界平均水平的1/3，煤炭仅约为世界平均水平的1/4。2017年我国超过美国成为全球**大石油进口国，2020年原油消费量为6.54亿t，产量为1.95亿t，进口量为6.13亿t，对外依存度达76%。自2018年起我国成为*大的天然气进口国，2020年天然气消费量为3288亿m3，产量为1995亿m3，进口量为1397亿m3，对外依存度达到41%。随着全球地缘政治变化、国际能源需求增加和资源市场争夺加剧，我国能源安全形势严峻。
　　1.1.1.4 产能过剩，同质化严重，技术创新能力不足
　　当前能源及其相关领域，特别是煤炭、钢铁和煤电行业的投资过剩、产能过剩现象较为普遍。科技是推进经济发展和社会进步的根本动力，也是一个国家核心竞争力的重要标志。新能源产业属于战略性新兴产业和技术密集型产业，尚有大型轴承和齿轮箱、控制系统等部分核心设备和工具软件还严重依赖进口，需要攻克其中的“卡脖子”关键技术难题。高比例新能源并网系统受到新能源波动性、间歇性和不确定性等的影响，供电可靠性不高，且容易受极端天气等影响，亟须从电力系统基础理论、规划方法、调度运行技术等角度研究解决高比例新能源接入电网从而影响其安全运行与可靠供电等问题。此外，对于新能源，国家和行业标准尚不完善，技术研发缺乏大型测试平台。
　　1.1.2 海上风电在能源转型发展中的地位和前景
　　1.1.2.1 海上风能资源丰富，风机容量大、效率高
　　我国幅员辽阔，海上风能资源丰富，开发潜力较大。共拥有长度约1.8万km的大陆海岸线、200多万平方千米的大陆架和6500多个岛屿，管辖海域面积为300多万平方千米。近海风能资源储量较大，大部分近海海域90m高度年平均风速为7～8.5m/s，具备较好的风能资源条件，适合大规模开发建设海上风电场。海上风速高，风机单机容量大，年运行小时数*高可达4000h以上，风电效率高、品质好；海上风电场远离陆地，不受城市规划影响，也不必担心噪声、电磁波等对居民的影响。
　　1.1.2.2 海上风电有利于提高能源自给能力，符合我国能源安全战略
　　目前，我国能源对外依存度达到21%，原油和天然气更是分别突破70%、45%，同时国内化石能源增产空间有限，是我国能源安全必须面对的核心问题，不仅会带来政治风险，也危及经济安全。海上风能清洁低碳、资源储量大，适合大规模开发，有望成为沿海地区未来主力电源之一，可以有效提高我国的能源供给安全系数，在改善能源结构的同时保障能源供应安全。
　　1.1.2.3 海上风电将成为我国能源结构转型、实现碳达峰碳中和目标的重要战略支撑
　　我国绝大部分陆地风能、太阳能资源分布在西北部、北部，西北部煤炭资源占全国的76%，西南部水能资源占全国的80%，而中东部负荷需求则占全国的70%以上，能源基地大多远离负荷中心。海上风电潜力巨大，且靠近东部负荷中心，能够减轻西电东送通道建设压力；沿海岸线分布、分区开发，各海上风电场可就近接入陆上电网，就地消纳方便，且输电距离相对更短，并网输电成本更低；可以弥补我国能源分布与经济发展地区不平衡的缺陷，为沿海地区提供充足的、低成本的清洁能源，是加快推动我国能源结构转型，实现碳达峰碳中和目标的重要战略支撑。
　　1.1.2.4 带动沿海地区经济发展，为我国实施海洋强国战略提供技术支撑
　　党的十九大报告中明确要求坚持陆海统筹，加快建设海洋强国。发展海上风电，与大力发展海洋经济、建设海洋强国战略高度吻合。据估算，目前沿海地区海上风电项目储备总投资约为1.6万亿元，能够有效地拉动沿海地区经济发展，并可有效带动就业；我国沿海省份经济发达，总耗能约占全国的一半，发展海上风电可直接降低能源成本；有利于地区经济结构升级，广东阳江、江苏如东等地都在建设专业化、规模化的融合制造、安装和运维一体化的海上风电基地，将形成多个千亿级产业集群；具有前瞻性的海洋测风、海洋基础、海洋施工和专业船舶设施研究等工作伴随海上风电技术的开发而开展，也会带动我国相关海洋产业协调发展，为我国实施海洋强国战略提供技术支撑。
　　1.1.2.5 有利于促进我国环境保护，节约土地资源
　　海上风电的开发有利于增加我国清洁能源比重，有效缓解我国尤其是东部地区环境污染问题，按照2035年海上风电装机1.3亿kW估计，年节约标准煤将达到约1.1亿t，年减少二氧化碳排放约3亿t。同时，海上风电场的建设对陆上土地资源占用较少，可以避免西电东送对沿线土地的占用，有利于为我国城市发展和工农业生产节约土地资源。
　　1.1.3 我国海上风电发展状况
　　1.1.3.1 我国海上风电规模迅速增长，区域相对集中
　　2015年底，中国海上风电累计装机容量为1.03GW，距《风电发展“十三五”规划》的发展目标5GW尚有较大差距。2019年，中国海上风电累计装机容量已达5.93GW，保持快速发展势头，超预期完成海上风电目标。2020年，尽管受到新冠疫情的影响，中国海上风电仍新增装机3.56GW，累计装机容量约为9GW，已成为仅次于英国的世界第二大海上风电国家。此外，海上风电累计在建容量超10GW，2021年海上风电累计装机容量超过英国，跃居世界**。2014～2022年中国海上风电装机容量及增长率如图1.1所示。
　　图1.1 2014～2022年中国海上风电装机容量及增长率
　　我国海上风电项目区域相对集中，沿海经济发达的几个省份如江苏省、浙江省、广东省、福建省是海上风电发展的核心区域，这些发达地区旺盛的用电需求为海上风电的发展提供了不可比拟的内生动力。截至2022年底，江苏省和广东省海上风电并网装机规模分别达到1179.5万kW和791万kW，占全国海上风电装机容量的38.7%和26.0%，优势明显。
　　全国11个沿海省份均开展了海上风电规划研究工作，江苏、福建、山东、广东、浙江、上海、河北、海南和辽宁九个省份编制了海上风电发展规划并获得了国家能源局的批复。根据各省规划，广东、江苏、山东、福建是未来海上风电发展的重点区域。
　　1.1.3.2 装备技术与工程技术不断突破，但与国际仍有差距
　　与陆上风电成熟的产业链相比，海上风电产业链尚未真正形成。海上风电产业链包括风电整机和零部件、标准规范、安装施工等，虽然中国电力能源投资企业在国内已经开发建设了一些海上风电项目，但海上风电施工经验丰富的企业屈指可数。
　　对于海上发电装备，中国很多风电厂商已完全掌握陆上风机设计技术，相关技术达到了国际水平，一些低风速的机组技术甚至****，但是在海上风电机组方面，特别是叶片和轴承的设计上，国内厂商不管是零部件研发还是整机设计都比较落后，与世界先进水平仍有差距；此外，目前使用的风电专用核心设计软件，基本都来自美、德等几个国家，也属于风电发展的“卡脖子”点；而且，对于大型部件与整机试验技术，国内风电试验平台测试功能单一，覆盖风能资源评估、风电机组现场测试、传动链平台测试、风电并网仿真等的多领域综合试验能力不足。我国海上风电应用环境具有气候环境恶劣、高盐雾、高温、高湿等特点，尚未形成专业检测技术能力，亟须加强相关专用测试设备与检测能力建设。另外，针对海上风电场建设和运行期间的水文、电网、气象、生物等系统性影响研究处于起步阶段。
　　对于海上变电装备，国外海上风电场建设已有较大规模，海上升压站设计、建造的技术相对成熟，基于66kV集电电压的海上风电场升压平台已进入工程应用。国内海上升压站从设计到加工制造都处于探索的阶段，相关样机虽已研制成功，但是无工程应用经验。

目录
“海上风电支撑我国能源转型发展战略研究”丛书编委会
“海上风电支撑我国能源转型发展战略研究”丛书序
前言
第1章 我国海上风电发展战略 1
1.1 海上风电是支撑我国能源转型发展的重要举措 2
1.1.1 我国能源革命的紧迫性 2
1.1.2 海上风电在能源转型发展中的地位和前景 3
1.1.3 我国海上风电发展状况 5
1.1.4 我国海上风电政策导向 8
1.1.5 海上风电发展面临的挑战 11
1.2 推动海上风电大规模发展的重大问题分析 14
1.2.1 海上风能资源评估问题 14
1.2.2 大规模海上风电开发对我国电网格局影响问题 15
1.2.3 大规模海上风电组网规划及消纳问题 17
1.2.4 海上风电装备技术发展问题 18
1.2.5 海上风电工程技术发展问题 21
1.2.6 海上风电与新兴产业协调发展问题 27
1.2.7 海上风电发展的技术经济性问题 29
1.3 海上风电支撑我国能源转型发展的战略思路、目标与举措 31
1.3.1 战略思路 31
1.3.2 战略目标 31
1.3.3 战略举措 32
1.4 政策建议 34
1.4.1 科学规划，尽快制定海上风电有序开发行动方案与产业发展政策 34
1.4.2 因地制宜，建设“海上风电母港” 34
1.4.3 财税支持，优化完善海上风电补贴机制 34
1.4.4 创新引领，大力支持海上风电全产业链科技体系构建 35
1.4.5 以人为本，加快海上风电创新型人才培育 35
1.4.6 接轨交流，促进海上风电产业国际合作 35
第2章 海上风能资源初步评估 37
2.1 海上风能资源评估方法 38
2.1.1 基于数值模拟的海上风能资源评估技术 38
2.1.2 海-气-浪模式耦合技术 38
2.1.3 模式设置及模拟结果验证 41
2.2 海上风能资源评估 42
2.2.1 海上风能资源概况 42
2.2.2 不同海域风能资源评估 43
2.3 总结与展望 44
第3章 大规模海上风电开发对我国电网格局的影响 45
3.1 我国电力流及电网格局现状 46
3.2 海上风电并网基本模式及典型场景 47
3.2.1 我国海上风电并网的基本模式 47
3.2.2 基于能源枢纽岛的粤港澳大湾区海上风电并网模式研究 48
3.3 未来电力需求/电源/电力流趋势及海上风电发展定位 54
3.3.1 我国未来电力需求/电源/电力流总体趋势 54
3.3.2 海上风电发展定位 59
3.4 海上风电开发对电网格局的影响研究 61
3.4.1 中长期电网格局研判 61
3.4.2 大规模海上风电对西电东送主网架的影响研究 66
3.4.3 大规模海上风电开发对我国沿海电网格局的影响研究 71
3.4.4 大规模海上风电与电网协调发展研究 72
第4章 大规模海上风电组网规划及消纳方式 77
4.1 国内外海上风电组网送出现状 78
4.1.1 国内外海上风电开发并网送出现状 78
4.1.2 欧美海上风电并网事故分析及启示 82
4.1.3 小结 86
4.2 我国海上风电组网送出技术分析和建议 88
4.2.1 我国海上风电并网面临的挑战 88
4.2.2 海上风电交直流并网送出方式经济性比较分析 89
4.2.3 我国大型海上风电组网送出方式研究 91
4.2.4 我国未来海上风电组网规划送出方案建议 96
4.2.5 小结 97
4.3 我国海上风电消纳分析与建议 98
4.3.1 我国海上风电消纳面临的挑战 98
4.3.2 我国海上风电电力平衡情景测算 99
4.3.3 我国海上风电接入稳定问题测算 105
4.4 我国海上风电消纳建议 108
4.5 我国海上风电并网送出策略及建议 109
4.5.1 整体策略 109
4.5.2 发展建议 110
第5章 海上风电装备技术发展 113
5.1 海上风电装备概述 114
5.1.1 海上风电装备分类 114
5.1.2 海上风电装备发展的意义 117
5.2 海上风电装备技术的发展现状和支撑能力 119
5.2.1 发电装备 119
5.2.2 升压平台 125
5.2.3 换流平台 126
5.2.4 电缆装备 130
5.3 海上风电装备的技术瓶颈 130
5.3.1 叶片技术 130
5.3.2 主轴承技术 131
5.3.3 液压变桨技术 132
5.3.4 机组变压技术 133
5.3.5 升压变压器 134
5.3.6 隔离开关 134
5.3.7 柔直换流阀 135
5.3.8 直流GIS 135
5.3.9 直流控制保护设备 136
5.3.10 电缆装备 136
5.3.11 风电设计软件技术 137
5.3.12 风机传动链地面测试技术 138
5.4 浮式海上风电装备及其发展 139
5.4.1 浮式海上风电装备发展的意义及必要性 139
5.4.2 浮式海上风电装备简介及发展现状 140
5.4.3 浮式海上风电的关键技术 149
5.5 海上风电装备的技术路线和发展战略 156
5.5.1 关键原材料国产化 157
5.5.2 核心装备设计制造自主化 158
5.5.3 基础软件与测试平台国产化 160
5.5.4 海上风电装备新技术 161
5.5.5 推动海上风电装备全产业链协同发展 163
5.6 中国海上风电装备制造业政策建议 164
5.6.1 政府支持 164
5.6.2 加强行业法规监管 164
5.6.3 搭建技术创新平台 164
5.6.4 拓宽企业融资渠道 165
5.6.5 优化行业产业链结构 165
5.7 中国海上风电装备未来发展趋势 165
5.7.1 风电机组大型化 165
5.7.2 风电机组深海化 166
5.7.3 海上风电装备成本下降化 166
5.7.4 运维需求快速增长 167
5.8 结论 168
第6章 海上风电工程技术发展 169
6.1 我国海上风电工程发展现状与关键技术差距分析 170
6.1.1 国外海上风电行业发展状况 170
6.1.2 我国海上风电工程技术水平差距原因 172
6.1.3 差距带来的启示 174
6.1.4 小结 175
6.2 我国海上风电工程技术发展战略目标与需求分析 175
6.2.1 我国海上风电工程技术发展战略目标分析 175
6.2.2 主要关联领域对我国海上风电工程技术的需求分析 176
6.2.3 我国海上风电工程技术需求的归纳 180
6.2.4 小结 182
6.3 我国海上风电工程关键技术体系及我国重点突破领域 183
6.3.1 我国海上风电工程关键技术体系框架 183
6.3.2 我国海上风电工程关键技术总体成熟度 184
6.3.3 我国海上风电工程建设亟待突破的基础理论和关键工程技术 185
6.3.4 小结 193
6.4 我国海上风电工程技术发展路径 194
6.4.1 影响我国海上风电工程技术发展的因素 194
6.4.2 我国海上风电工程技术发展路径 195
6.4.3 小结 200
6.5 我国海上风电工程技术发展政策建议 201
6.5.1 科技部 201
6.5.2 工业和信息化部 201
6.5.3 国家自然科学基金委员会 202
6.5.4 国家能源局 202
6.5.5 财政部 202
6.5.6 其他 203
第7章 海上风电与新兴产业协调发展 205
7.1 装备制造业发展现状分析与建议 206
7.1.1 海上风电主要装备配套产业链发展研究 207
7.1.2 海洋测风与洋流测试设备产业链发展研究 208
7.1.3 设备维修检测技术与装备产业链发展研究 209
7.1.4 测试认证技术体系与标准化发展研究 210
7.2 建安行业发展现状分析与建议 213
7.2.1 国内海上风电建安行业发展现状介绍 213
7.2.2 海上风电与船机装备的协调发展 213
7.2.3 工程母港的集聚效应 215
7.2.4 海上风电行业工程管理模式发展战略 217
7.3 海上风电运维行业现状分析与建议 218
7.3.1 海上风电运维行业背景 218
7.3.2 海上风电运维行业发展现状 218
7.3.3 海上风电运维发展分析与建议 219
7.4 新兴产业发展现状分析与建议 223
7.4.1 海上风电与海洋牧场融合发展 223
7.4.2 海上风电与海水淡化融合新兴产业 230
7.4.3 储能应用 235
第8章 海上风电发展的技术经济性 239
8.1 海上风电成本构成及分析 240
8.1.1 建设投资成本构成及分析 240
8.1.2 运营维护成本构成及分析 246
8.1.3 财务成本构成及分析 247
8.2 海上风电综合效益评价指标体系 247
8.2.1 指标构建原则 247
8.2.2 海上风电经济效益评价指标 248
8.2.3 海上风电全生命周期技术经济性分析 253
8.2.4 海上风电环境效益、社会效益分析 263
8.2.5 海上风电平价上网经济性分析 266
8.2.6 小结 273
参考文献 275