海上風(fēng)電場的開發(fā)現(xiàn)狀和展望

1、海上風(fēng)電場的開發(fā)現(xiàn)狀與展望風(fēng)力發(fā)電世界上發(fā)展最快的綠色能源技術(shù)，在陸地風(fēng)電場建設(shè)快速發(fā)展的同時，人們已經(jīng)注意到陸 地風(fēng)能利用受到的一些限制。由于海上豐富的風(fēng)能資源和當(dāng)今技術(shù)的可行性，海洋將成為一個迅速發(fā)展 的風(fēng)電市場，歐美海上風(fēng)電場已處于大規(guī)模開發(fā)的前夕。第一節(jié)概述1.1.1研究背景20世紀(jì)70年代石油危機以后，開始了風(fēng)能利用的新時代。在一些地理位置不錯的陸地上，風(fēng)能的 開發(fā)具有一定的經(jīng)濟價值，而人們在另外一個前沿，發(fā)現(xiàn)開發(fā)風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟性也相當(dāng)不錯：海上風(fēng)能 世界上很多國家開始制定計劃，考慮開發(fā)海上風(fēng)電場。海上風(fēng)電場的風(fēng)速高于陸地風(fēng)場的風(fēng)速，但海上 風(fēng)電場與電網(wǎng)的聯(lián)接的成本比陸地風(fēng)電場要高。

2、兆瓦級的風(fēng)機，廉價的基礎(chǔ)以及關(guān)于海上風(fēng)條件的新知 識更加提高了海上風(fēng)電的經(jīng)濟性。研究人員和開發(fā)者們將向傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)進行挑戰(zhàn)，海上風(fēng)力發(fā)電迅 速發(fā)展成為其他發(fā)電技術(shù)的競爭對手。海上風(fēng)電場的開發(fā)主要集中在歐州和美國。大致可分為五個不同時期：歐洲對國家級海上風(fēng)電場的資源和技術(shù)進行研究（1977-1988年）；歐洲海上風(fēng)電場技術(shù)研究，并開始實施第一批示范計劃（1990-1998年）；中型海上風(fēng)電場建設(shè)（1991-1998年）；大型海上風(fēng)電場建設(shè)并開發(fā)大型風(fēng)力機（1999-2005年）；大型風(fēng)力機海上風(fēng)電場建設(shè)（2005年以后）。世界上第一座海上風(fēng)場于1991年開始運行，建有11臺海上風(fēng)力渦輪發(fā)電機組

3、，安裝在丹麥的 Vendeby。目前所有的海上風(fēng)電場都在歐美，截止到2007年底，總共在5個歐洲國家建成了 22個海上 風(fēng)電項目，累計裝機容量近1103MW，已經(jīng)投產(chǎn)運行的海上風(fēng)電場數(shù)據(jù)見下表。雖然只占風(fēng)電總裝機 容量的1.8%，這些海上風(fēng)電項目所生產(chǎn)的電力占歐洲總風(fēng)電輸出的3.3%。表1.1海上風(fēng)電場投產(chǎn)數(shù)據(jù)表風(fēng)電機組海水深度（英尺）離岸距離（公里）MW年度Vindeby(DK)11 X 450KW,Bonus2.5-5.12.34.951991Lely(Ijsselmeer)(NL)4X500KW,NEG Micon5-10 121994Tuno Knob(DK)10X500KW,Vest

4、as2.5-7.55-651995Dronton(Ijsselmeer)(NL)28 X 600KW, NEG Micon5 0.116.81996Bockstigen(S)5 X 500KW, NEG Micon632.751997Blyth(UK)7X1.5MW,GE Wind6-11 142000Utgrunden(Oland) (S)2 X 2MW, Vestas7-10810.52000Middelgrunden(DK)20 X 2MW, Bonus3-61.5-2.5402000Yttre Stengrund(S)5 X 2MW, NEG Micon6-105102001Horns

5、 Rev(DK)80 X 2MW, Vestas6-1414-201602002Samso(DK)10X2.3MW,Siemens18-203-6232002Ronland(DK)Mix of Vestas and Siemens 1 117.22003Frederishavn(DK)Mix of Vestas and Siemens1-3 17.62003North Hoyle(UK)30X2MW,Vestas126-8602003Arklow Bank(UK)7X3.6MW,GE Wind2-51025.22003Nysted (DK)72X2.3MW,Siemens6-9.5101662

6、003Scroby Sanda(UK)30 X 2MW, Vestas2-83602004Kentish Flat (UK)30 X 3MW, Vestas58.5902005Barrow(UK)30 X 3MW, Vestas21-237.5902006NSW(NL)30 X 3MW, Vestas19-22101082006Lillgrunden(S)48X2.3MW,Siemens3-67-101102007Burbo Bank (UK)24X3.6MW,Siemens2-85-79020072008年和2009年都將成為歐洲海上發(fā)電發(fā)展的最快增長年度，計劃新增裝機容量達到1507.5M

7、W。 瑞典的110WM Lille Grund項目安裝了 48臺2.3MW風(fēng)機，計劃本年底竣工。丹麥計劃在未來幾年內(nèi)新 建兩座大型海上風(fēng)電場Horns Rev2和Rodsand2,使得海上風(fēng)電場總數(shù)到達10個，這兩個都是200MW 規(guī)模的海上風(fēng)電場，裝有90臺風(fēng)電機組。Rodsand2海上風(fēng)電場已經(jīng)得到丹麥政府的批準(zhǔn)，最大的國際 電力公司EON希望在2009年開始建設(shè)該214MW規(guī)模的項目，該項目將由90臺2.3MW機組和三臺5MW級 的風(fēng)機樣機組成。最近，英國批準(zhǔn)了在愛爾蘭海域建設(shè)一座450MW規(guī)模的Walney海上風(fēng)電場。該項目由Dong Energy 公司承建，預(yù)計總投資達9億英鎊。一期

8、裝機44臺風(fēng)機，規(guī)模約為106MW，計劃于2010年到2011年間 發(fā)電。二期項目將根據(jù)陸地電網(wǎng)發(fā)展情況而定，同時想等待更高容量的新一代5MW風(fēng)電機組趨于成熟。 位于；北海德國海岸100公里以外的Borkum風(fēng)電場是世界上離岸最遠的海上風(fēng)場，其裝機容量為240MW， 計劃于2009年9月投產(chǎn)，該風(fēng)場將應(yīng)用全新的高壓直流（NVDC）輸電技術(shù)，以提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。 在過去的幾年里，全球海上風(fēng)電裝機容量每年都有100MW到200MW的增長規(guī)模，從2000年到2007年間， 平均年裝機容量增長58%.根據(jù)歐洲海上風(fēng)電的有限分布、歷史趨勢、風(fēng)資源潛力、規(guī)劃項目、產(chǎn)業(yè)概況以及歐盟成員國的產(chǎn) 業(yè)政策等因素，歐

9、洲風(fēng)能協(xié)會（EWEA）預(yù)測，到2010年，歐洲的海上風(fēng)電裝機容量將達到3.5GW。從長 遠來看，目前投產(chǎn)的和規(guī)劃的海上風(fēng)電規(guī)模在2015年可達到15GW，歐洲風(fēng)能協(xié)會估計，如果能都克服 現(xiàn)有障礙，到2020年歐洲海上風(fēng)電規(guī)模可達到40GW，發(fā)電量占歐洲電力生產(chǎn)總量的4%。海上風(fēng)能利用的覆蓋率很大程度上取決于技術(shù)發(fā)展。供應(yīng)鏈的發(fā)展也非常重要，因為需求大于供給，供 應(yīng)鏈瓶頸問題日益突出。預(yù)計在兩年后瓶頸問題將出現(xiàn)緩和，部分風(fēng)機制造商紛紛加大投資力度，擴大 產(chǎn)能，單機規(guī)模的擴大也對緩解瓶頸問題起到一定作用，風(fēng)機制作商Repower和Multibrid的5MW規(guī)模 的海上風(fēng)機都在德國的Bremerha

10、ven港建設(shè)了生產(chǎn)基地，每個公司都計劃到2010年年生產(chǎn)100臺風(fēng)機。 考慮到所涉及供應(yīng)鏈的規(guī)模和復(fù)雜程度，這是個了不起的壯舉。我國的近海蘊含著非常豐富的風(fēng)能資源，具體儲量目前尚無確切數(shù)據(jù)，各家研究機構(gòu)都在推動該項 研究工作，從初步研究成果來看我國海上風(fēng)能有巨大的開發(fā)前景，尤其是東南沿海一帶，是全國的用電 負荷中心，也屬于風(fēng)能資源非常豐富的地區(qū)，風(fēng)能密度大約300w/m2，有效風(fēng)時（N3m/s）達7760h以 上。這些沿海地區(qū)（包括近海和灘涂）正逐漸成為開發(fā)風(fēng)電的熱土，近海風(fēng)電必將成為其可持續(xù)發(fā)展的 重要能源來源。2007年6月我國頒布了可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃，該規(guī)劃提出到2010年全國風(fēng)電

11、總裝機容量 達到500萬KW，并建成1-2萬個10萬KW級海上風(fēng)電試點項目；到2020年全國風(fēng)機總裝機容量達到3000 萬KW，并建成100萬KW海上風(fēng)電。2007年啟動的“國家科技支撐計劃”將能源作為重點領(lǐng)域，提出要 在“十一五”期間組織實施“大功率風(fēng)機組研制與示范”項目，組建近海試驗風(fēng)電場，形成海上風(fēng)電技 術(shù)。同年，我國首個經(jīng)國家發(fā)展和改革委員會核準(zhǔn)的海上風(fēng)場一一上海東海大橋10萬KW海上風(fēng)電場項 目已經(jīng)開工建設(shè)，計劃于2009年建成投產(chǎn)。地處渤海遼東灣的中國首座離岸型海上風(fēng)力發(fā)電站，于2007 年11月28日正式投入運營，更是標(biāo)志著中國發(fā)展海上風(fēng)電有了實質(zhì)性的突破。隨著國內(nèi)越來越多的海上

12、風(fēng)電場進入規(guī)劃或者建設(shè)階段、市場份額和有利的風(fēng)資源逐步被占領(lǐng)，一個份 額迅速增長、技術(shù)不斷進步的海上風(fēng)電市場正在快速形成。大批有實力的公司著手海上風(fēng)電投資研究， 并為項目實施積蓄力量，其中有代表型的有：上海大唐發(fā)電、中廣核、三峽開發(fā)總公司、上海申能集團、 上海綠能等。1.1.2研究現(xiàn)狀近海風(fēng)電場與陸地風(fēng)電場的主要不同有：近海風(fēng)電場的比較優(yōu)勢*節(jié)省土地資源；*減少了噪聲及公共視覺沖擊；*海上空間大，發(fā)展空間不受限制；*海上風(fēng)電場的規(guī)模要比典型的陸上風(fēng)電場大許多。一個大的陸上風(fēng)電場可能是100MW，一個大的海 上風(fēng)電場可能要1000MW.*海上風(fēng)能資源要比陸地上優(yōu)良，且很少有靜風(fēng)期。由于海面十分光

13、滑，粗糙度較小，摩擦力較小， 一般估計海上風(fēng)速比平原沿岸高20%，發(fā)電量可增加70%。*海上風(fēng)電場允許單機容量更大的風(fēng)機，高者可到達510MW，由于對噪音要求較低，通過更高的轉(zhuǎn) 動可獲取更高的能量產(chǎn)出；*風(fēng)切變（即風(fēng)速隨高度的變化）也較小，這樣不需要很高的塔架，可降開發(fā)成本;、*海上風(fēng)串流的強度小，具有穩(wěn)定的主導(dǎo)風(fēng)向，機組承受的疲勞負荷較低，風(fēng)機壽命更長。近海風(fēng)場的限制條件*海洋氣候復(fù)雜多變，主要因素有風(fēng)浪、雨雪、夏季臺風(fēng)、冬季浮冰、海水及海洋環(huán)境的腐蝕，都 直接影響施工進度及后期的維護；*前期勘測難度大、成本高，測風(fēng)、地質(zhì)地貌調(diào)查的等均較難實施；*工程建設(shè)難度遠遠高于陸地。主要體現(xiàn)在風(fēng)機基礎(chǔ)

14、結(jié)構(gòu)的選型與實施、風(fēng)機運輸安裝、海上升壓 站建設(shè)及海底電纜鋪設(shè)、長距離輸電技術(shù)、調(diào)試與試運行技術(shù)等方面。這些方面都是近海風(fēng)場建設(shè)的關(guān) 鍵風(fēng)險點及成本控制點；*運行維護難度大，成本相當(dāng)于陸地風(fēng)場的十倍。*壽命期結(jié)束后的棄置難度大。近海風(fēng)場建設(shè)技術(shù)現(xiàn)狀*測風(fēng)技術(shù)：目前淺水區(qū)域單樁衍架式測風(fēng)塔應(yīng)用較為普遍，也有采樣新型的雷達測風(fēng)儀，各有優(yōu) 缺點；*地勘技術(shù)：現(xiàn)多采用地震、鉆空等技術(shù)，與海上油田地勘技術(shù)相同；*風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)：國外多采用單樁結(jié)構(gòu)，也有重力式及桶基基礎(chǔ)，技術(shù)手段多樣，成本及適用范圍 也各不相同；*風(fēng)機運輸安裝技術(shù)：國外采用專業(yè)安裝船分體安裝技術(shù)較為普遍，也開發(fā)了專用工具，技術(shù)比較 先進，效

15、率較高；隨著機組大型化，整體安裝技術(shù)也在不斷完善，兩種模式各有優(yōu)勢；*輸變電技術(shù)：該項技術(shù)與風(fēng)電以外的其它電力技術(shù)發(fā)展相當(dāng)，技術(shù)也基本相同，需要解決的就是 大容量長距離輸電問題，普遍應(yīng)用的是復(fù)合海纜交流輸電技術(shù)，在超過一定距離后則采用較為先進的直 流輸電技術(shù)；*調(diào)試與運行維護技術(shù)：海上風(fēng)場的調(diào)試與運行維護難度較大，主要是不容易登臨風(fēng)機平臺，有風(fēng) 時上不去或者上去下不來，沒風(fēng)時風(fēng)機無法啟動因此無法調(diào)試。國外有采用專門設(shè)計的小型支持船的， 也有采用直升機的，但是目前都沒有很好的解決問題。*棄置技術(shù)：壽命期后的棄置目前在海上油田有比較多的研究，風(fēng)場棄置比海上油田要簡單一些， 但是目前沒有成形的技術(shù)方

16、案可供參考。上述各項技術(shù)都不是特別成熟，留下很大的技術(shù)發(fā)展空間，不同技術(shù)的組合研究也能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效 益。近海風(fēng)電場的成本分析一般風(fēng)電場建設(shè)的主要投資項目有：設(shè)備材料工器具購置費：風(fēng)機主設(shè)備、風(fēng)機塔筒、變電站設(shè)備、控制系統(tǒng)設(shè)備、電纜及通信光纜費、 運行維護支持船舶費用。建筑安裝工程費：建筑工程費、輔助工程費、安裝工程費。科研勘設(shè)費：前期工作費、勘察設(shè)計費、竣工圖件編制費。建設(shè)管理費：項目建設(shè)管理費、工程建設(shè)監(jiān)理費、土地征用費。生產(chǎn)準(zhǔn)備費：生產(chǎn)人員培訓(xùn)費及提前進廠費、辦公及生活家具購置費、工具及生產(chǎn)家具購置費、聯(lián) 合試運轉(zhuǎn)費。其他費用：工程保險費、工程質(zhì)量監(jiān)督檢測費、基本預(yù)備費。棄置費。根據(jù)陸

17、地教成熟的風(fēng)電場建設(shè)經(jīng)驗，一般規(guī)模的陸地風(fēng)電場的主要投資比例構(gòu)成有：風(fēng)機及其配件 70%、機電設(shè)備物資15%、安裝工程4%、建筑工程6%、其他費用5%。由于海洋環(huán)境的特殊限制條件，近海風(fēng)電場建設(shè)項目的成本要普遍高于陸地風(fēng)電場，并且在投資機 構(gòu)上也不盡相同。海上風(fēng)電場的發(fā)電成本與經(jīng)濟規(guī)模有關(guān)，目前海上風(fēng)電場的最佳規(guī)模為120150MW。 根據(jù)一些研究機構(gòu)的研究成果，在海上風(fēng)電場的總投資中，風(fēng)電機組占51%、基礎(chǔ)16%、電氣接入系統(tǒng) 19%、風(fēng)機安裝占4%、其它10%,也有的國外研究機構(gòu)分析認為風(fēng)機占33%,基礎(chǔ)占25%,接入系統(tǒng)占19% （含海纜），前期研究及審批占7%，項目管理占，5%、風(fēng)機安

18、裝占2%、調(diào)試占2%、其它雜項7% （含控 制系統(tǒng)等）。從上面的兩種研究成果可見，不同海上風(fēng)場之間的經(jīng)濟對比很難，這是因為不同的風(fēng)場投資成本不 同，離岸距離不一樣，水深各異，并網(wǎng)補貼和電價都不一樣。上網(wǎng)成本可能是建設(shè)遠距離深水風(fēng)電場的 一個決定因素。海上風(fēng)電項目的數(shù)量仍相對較少，每個具體情況端口會影響到這些項目的成本費用。表 1.2是歐洲主要海上發(fā)電場的經(jīng)濟指標(biāo)數(shù)據(jù)比較表。圖1.1藏地聞唯場與證海風(fēng)電場投詵螞拘比較示京瓣表1.2海上風(fēng)電場經(jīng)濟指標(biāo)數(shù)據(jù)表12345678風(fēng)場Egmondan n ZeeThornton bankBorkumWestButendle kGreate rGabbardHornRevNystedSocrbysan ds國家荷蘭比利時德國德國英國丹麥丹麥英國風(fēng)機數(shù)366/24/60*12/20880140807230功率MW33.6533.622.32裝 機 容 量MW10821.6/120/30060/100240500160165.660風(fēng)機生產(chǎn)商Vestas*N.NN.NVestas*N.NVestasBonnsVestas計劃年發(fā)電量GWh/ a345986260/43001750600480171規(guī)劃