中国科学院院士陈十一：双碳目标与海上风电发展展望

深远海风能开发四大挑战，深海环境条件复杂，大容量飘浮式风电机组设计机制造，浮式风电装备制造、运输安全风险大，浮式风级运行工况复杂，可靠性要求高，运维难度大。同时，今年5月28号习总书记在院士大会里提出七大工业的“卡脖子”问题，工业软件是其中一个，下一步我们希望对浮式风力机一体化高精度数值分析设计软件进行开发，现在正在进行，我们希望能够可视化引擎，数字算法并行算法，能解决流体动力学问题，流体风机值等来解决相关特性分析，风浪耦合的分析，非线性结构动力学。

——中国科学院院士陈十一

2021年11月16日，中欧海上风电产业合作与技术创新论坛在盐城召开。中国科学院院士陈十一出席论坛并作主旨发言。

非常感谢主办方邀请我来讲讲我对于这个命题的看法，我今天想讲的是“双碳”目标与海上风电发展的展望。

我分三个方面来讲，第一个“双碳”目标加速了能源的变革，第二是海上风电发展的新机遇与新挑战，第三做好海上风能发展建立在工业软件的基础上，这跟我自己的研究有关系。

第一，“双碳”目标加速能源的变革。实现碳达峰、碳中和是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局做出的重大战略决策，是着力解决资源环境约束的突出问题，实现中华民族永续发展的必然选择，是构建人类命运共同体的庄严承诺。今年10月30号，习总书记在20国集团领导人第16次峰会第一阶段会议发表重要讲话，中国将力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。碳达峰、碳中和有一些具体的目标。2025年非化石能源消费比重达到20%左右，2030年非化石能源消费比重达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千万以上，2060年能源利用效率达到国际先进水平，非化石能源消费比重达到80%以上。

“十四五”预测新能源装机容量翻番，将成为中国第二大电源，成为电力增量的主体，2025年新能源（风电+光伏）新增装机容量将达到5到6千瓦，其中风电新增装机容量将超过2亿千瓦。这意味着每一年我们装机容量平均达到5000万千瓦。

欧洲在这个方面做得相当不错，很多方面是我们学习的榜样，欧洲多国承诺2050年或者更早实现净零排放，尽早实现《巴黎协定》的既定目标。《欧洲绿色新政》一项新的增长战略，旨在将欧盟转变为一个公平、繁荣社会，以及富有竞争力的资源节约型现代化经济体，到2050年欧盟达到净零排放，可以实现经济增长和资源消耗脱钩，非常了不起。

未来能源结构将会有非常重要的变革和变化。2020年石化能源占大多数。到2030年达到碳达峰的时候，非化石能源达到25%；2060碳中和的时候非化石能源要占80%以上。这是非常大的挑战和机遇。

海上风能趋势预测，“双碳”目标提出以后，海上风电新增装机容量迅速翻倍，“十四五”期间我国海上风电新增超过40GW，未来10年全球不包括中国海上风电新增将超过200GW。尤其随着海上风电技术的不断完善，以及对深远海恶劣条件的征服，海上风电必将以更大的增幅提升发展。

左边是过去10年年负荷力的增长，每年平均增长22%，下一个5年到2021年到2025年增加更快，要30%左右。回到下一个5年将在12.7%，如果深远海技术能够解决的话。

第二，海上风电面临新的机遇。相比陆上风电，海上风电有不少优势。第一资源丰富、潜力巨大，有利于可持续发展。我国海岸线长，海域广阔，显著节约土地成本，靠近中东部高用电负荷地区，有利于输电和消纳，深远海风电得到空前的发展，80%海上风能都处于深远海，飘浮充电是深远海风电机组发展的主力，所以关系大型风电的飘浮式机组，关系海上智慧运行。

海上风电面临技术挑战，一是资源独特性。我国各海域面临不同的挑战，渤海到黄海到东海北部到台湾海峡甚至南海区域，面临的挑战不一样，成本不一样，比如渤海区域是海滨嵌岩，黄海是冲刷，东北北部区域是表层淤泥和台风，台湾跟南海区域、广州挑战是深水、台风、浪高、地震嵌岩，我们遇到的资源独特性带来的挑战也不一样。

二是环境多样性，水文地质条件，要考虑波浪、潮流、撞击、地震，外部环境条件盐雾、雷暴、台风，风能转换技术关心载荷、重量、传动力效应、便捷等等。

三是问题复杂性，风机尺度的流动模拟，风场资源评估，包括海浪、风浪比较高，环境机组与浮式机组耦合，动态响应模型，有很多的科学问题、技术问题、工程问题。

四是运行维护性，相比海上风电进入规模化，英国和德国等欧洲国家，我国仍处于商业化发展的初级阶段，“十四五”期间我国海上风电将面临诸多影响运营维护和投资回报的挑战，实际包括固定的技术，我们也有很多的问题，2022年开始国补取消，省补延迟。深远海自然条件复杂，数据匮乏，风能资源评估难度非常大，都会对我们运行维护性带来影响。

提升海上风电技术经济性对策，一是高精度的资源评估，两个维度，第一观察成本大、难度高、数据代表性不足，我们要从海上测风塔到飘浮式激光雷达到卫星数据，第二是海上风场尾流评估存在较大不确定性，效能很有影响，尾流模型决定了资源，海上气候非常稳定，第三海上风电规模大，陆地上很多参考不行，要重新做研究，有很多技术上的挑战。

提升海上风电技术还要高可靠性的设备，还要做数字风场，无论是精细化工程设计需求还是架构需求，基于仿真技术的工程设计软件是现代工程设计与开发基础，这方面我们还是比较缺乏的，包括数字化工程，也成为深远海风电技术发展的必然。

海上风电未来发展趋势，降本增效的技术途径，有四个方面，规模化、定制化、智慧化、大型化尤其是大型化、规模化非常重要，这是降本增效有效技术的途径。

二是深远海风能开发四大挑战，深海环境条件复杂，大容量飘浮式风电机组设计机制造，浮式风电装备制造、运输安全风险大，浮式风级运行工况复杂，可靠性要求高，运维难度大。

海上风电未来发展的趋势，产业的协同与多能互补，要建立海上风电的产业链，产业链包括海上风电的规划设计、选址等等，主设备、电站、风场辅助设备，各位领导都谈到了海风制氢、海水淡化、储能，这是一条龙，整个系统，海上风电的运营还有一个海上风电专业服务，还有技术，有软件、实验等等。

海上风电工业软件发展的探索，这是我做研究的内容。

实际上在中国制造2025年提出了非常重要的网络化、数字化、智能化，对海上风电也非常重要。五大工程、先进制造十大重点领域，很多都是跟风能风电有关，比如说绿色发展工程、高端装备创新工程、电力装备、海洋工程装备及高技术船舶，尤其深远以后，海洋平台技术我们会渐稳。

2021年将成为自主工业软件爆发式发展的元年。今年5月28号习总书记在院士大会里提出七大工业的“卡脖子”问题，工业软件是其中一个，石油天然气、基础原材料、高端芯片、等，工业软件非常重要，工业软件有的在座很多大企业自己也在做，但是主要应用了OF（音）所以自主可控的工业软件几乎没有，工业软件2019年国内工业软件市场前十大供应商分类，ERP、SCM、MES、PLM、CAD，只有CAE是0，真正能够帮我们做设计的软件几乎没有，尤其我们更需要这个。

我们提出通用求解器与风能行业解决方案，以通用核心软件为基础，以行业共性需求为牵引，打造全面、专业、便捷、精准、高效的标杆软件和数字孪生应用。

深圳有一帮人，他们在形成三角形，上面以通用的、流体力学、结构动力学，包括风资源数字规划后评估，船舶、仿真云平台和数字孪生，把数据实时的风场进行管理。比如说风资源与数值风场仿真软件，包括地形数据库、风场数据库、风机数据库、测风数据库、自动网络和加密等。实际上这方面在陆地风能上已经得到应用。这个软件已经相当成熟了。

下一步我们希望对浮式风力机一体化高精度数值分析设计软件进行开发，现在正在进行，我们希望能够可视化引擎，数字算法并行算法，能解决流体动力学问题，流体风机值等来解决相关特性分析，风浪耦合的分析，非线性结构动力学。

最后我希望能够发展出风电全生命周期的仿真、设计、数字孪生软件，从宏观选址、风资源测量、风资源评估、项目总体规划、微观选址、施工能够发展出有自主知识产权的风电全生命周期，尤其海上风电浮式发电仿真设计数字孪生软件。

（发言根据演讲速记整理，未经演讲人审核）