海上風力發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

　　引言
　　海上風電由于其資源豐富、風速穩(wěn)定、對環(huán)境的負面影響較少,風電機組距離海岸較遠,視覺干擾很小;允許機組制造更為大型化,從而可以增加單位面積的總裝機量;可以大規(guī)模開發(fā)等優(yōu)勢,一直受到風電開發(fā)商的關(guān)注。但是,海上風電施工困難、對風機質(zhì)量和可靠性要求高,自1991年丹麥建成第一個海上風電場以來,海上風電一直處于實驗和驗證階段,發(fā)展緩慢。隨著風電技術(shù)的進步,海上風電開始進入風電開發(fā)的日程。2000年,丹麥政府在哥本哈根灣建設(shè)了世界上第一個商業(yè)化意義的海上風電場,安裝了20臺2兆瓦的海上風機。此后,世界各國開始考慮海上風電的商業(yè)化開發(fā)。目前全世界建成的海上風電場有30余座,裝機容量達到了100 萬千瓦[ 1 ] 。海上風電技術(shù)正在完善,海上風電場開始進入規(guī)模化發(fā)展階段,潛力巨大。本研究主要介紹國外海上風電發(fā)展的現(xiàn)狀及存在的問題,探討海上風電技術(shù)發(fā)展的前景。
　　1、國外海上風力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀
　　國外海上風電經(jīng)過近20年的發(fā)展,呈現(xiàn)出3個重要特征。
　　1. 1丹麥、德國和歐盟是海上風電發(fā)展倡導者
　　盡管世界海上風電裝機容量已經(jīng)達到了100萬千瓦,但是大約40%在丹麥,其余分布在德國、英國、愛爾蘭、瑞典和意大利等。丹麥是一個島國,近海面積遠遠大于陸地面積,地處波羅地海,海風風速穩(wěn)定,沒有災(zāi)害性臺風影響,有利于開發(fā)海上風電場。目前,丹麥建成了7個海上風電場,總裝機容量達到40萬千瓦。因此,丹麥是海上風電先導者,也是海上風電的倡導者。在丹麥的積極倡導和設(shè)備供應(yīng)商的推動下,歐盟在2004年將海上風電的開發(fā)提上日程。按照歐盟風能協(xié)會的計算, 2020年風電裝機容量將達到1. 8億千瓦,海上風電約為8 000萬千瓦。歐盟各國為海上風電項目審批實行一站式服務(wù),為海上風電項目的開發(fā)提供方便;建立統(tǒng)一海上風電聯(lián)網(wǎng)機制,建立近海海底電纜聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),方便海上風電的接入;各國分享已經(jīng)取得的海上風電的經(jīng)驗和教訓,聯(lián)合進行技術(shù)研發(fā)并盡可能形成規(guī)模化海上風電的開發(fā);明確海上風電過網(wǎng)費的分擔水平,給開發(fā)商明確的價格政策信息;充分利用海洋開發(fā)的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗,要求海洋、海事、海運部門為海上風電開發(fā)提供技術(shù)支持,以便選擇最適合開發(fā)的風電場。歐洲風能協(xié)會和各電網(wǎng)公司聯(lián)合制定海上風電上網(wǎng)的技術(shù)標準和技術(shù)要求,方便海上風電的上網(wǎng)。
　　在歐盟政策的鼓勵下,德國也開始了海上風電的發(fā)展。德國陸地風能資源較好地區(qū)的開發(fā)程度已經(jīng)較高,海上風電開發(fā)目前正式進入德國的開發(fā)日程。針對當前海上風電電價過低的局面,德國計劃修改電價方案,即基本電價為14歐分/千瓦時,并可隨著水深和離岸距離的增加而適當增加。德國風能協(xié)會預(yù)計：2020年陸地風能的安裝潛力在4 500萬千瓦,海上要發(fā)展1 000萬～1 200萬千瓦,合計約5 500萬千瓦;2020年風電可滿足20% ～25%德國電力消費需求。德國政府遠期海上風電發(fā)展計劃是: 2030年前要發(fā)展2 000萬～2 500萬千瓦的海上風電。
　　歐盟國家是海上風電的先行者,也已為海上風電的開發(fā)做了大量的準備工作,一旦時機成熟,將著手推動海上風電的更大規(guī)模發(fā)展。
　　1. 2、海上風電開發(fā)技術(shù)上可行,裝備不是其制約因素
　　雖然海上開發(fā)有許多特殊制約條件,如鹽霧問題導致的防腐問題,地質(zhì)條件復(fù)雜導致的施工困難,但是經(jīng)過對現(xiàn)有海上風電場與風電設(shè)備的考察發(fā)現(xiàn),海上風電設(shè)備的故障率遠低于陸上。究其原因主要是:陸上風機穩(wěn)定可靠地運行已經(jīng)有了20多年的經(jīng)驗,對海上風電技術(shù)裝備提供了技術(shù)基礎(chǔ);設(shè)備供應(yīng)商經(jīng)過近十年的研究和適應(yīng),充分考慮了海上風電的特殊需要,參考海上鉆井平臺的運行經(jīng)驗,對設(shè)備運行和維護提出了相應(yīng)的技術(shù)要求和維修維護預(yù)案;各設(shè)備供應(yīng)商大多對海上風電進行了長期的研究和實驗,比如丹麥的維斯塔斯對丹麥的海上風電進行了10多年的研究和開發(fā)積累,具有了海上風電設(shè)備實際商業(yè)化運行的經(jīng)驗。因此,裝備技術(shù)已經(jīng)不再是發(fā)展海上風電的阻礙。
　　1. 3、投資大和成本高將是制約海上風電開發(fā)的主要因素
　　發(fā)電成本是海上風電發(fā)展的瓶頸,研究表明,按照目前的技術(shù)水平和20年設(shè)計壽命計算,海上風電的發(fā)電成本約合人民幣0. 42 元(或0. 05 美元) /千瓦時[ 2 ] 。這是由于海上風電的初期投資費用較高,特殊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的建造和并網(wǎng)連接所占份額最大,一般要占總投資的一半以上;海上風電成本也與單機容量和風電場裝機臺數(shù)有關(guān),同一基礎(chǔ)安裝更大容量的風電機組會更經(jīng)濟,海上風電場總裝機容量在10萬千瓦以上比較經(jīng)濟;海上風電場的運行和維護費用也很高。為減少維修次數(shù),在海上惡劣天氣條件下停運設(shè)備降低了可用率;為使風電機組適合海上運行,要采取氣密、干燥、換熱、防腐處理等特別措施;為方便維修風電機組需設(shè)計、安裝的特殊裝置,這些都造成發(fā)電成本的增加。目前,海上風電場的總投資中,基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)占15% ～25%,而陸上風電場僅為5%～10%[ 3-4 ] 。因此,發(fā)展低成本的海上風電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是降低海上風電成本的一個主要途徑。
　　2、海上風電的發(fā)展趨勢
　　2. 1、風電技術(shù)發(fā)展迅速,成本持續(xù)下降
　　海上風電場總投資成本一般比陸上風電場總投資成本高出2倍左右[ 5 ] ,其中基礎(chǔ)、安裝及電網(wǎng)接入成本遠遠大于陸上。雖然建設(shè)成本相對較高,但海上風電場擁有優(yōu)越的風資源,不占用陸地面積等顯著優(yōu)點,它的經(jīng)濟價值和社會價值正得到越來越多的認可。同時海上風電場安裝容量的增加、風機尺寸和風機布置規(guī)模的擴大、大功率風機的研制開發(fā)和安裝運輸技術(shù)的成熟,海上風電成本及運營成本也在逐步下降,海上風電將得到進一步的發(fā)展[ 6 ] 。
　　歐盟委托歐洲風能協(xié)會制定風機發(fā)展的標準和認證體系,協(xié)調(diào)各個風機制造商,在技術(shù)創(chuàng)新的同時,把相對穩(wěn)定機型和頻譜、避免機型出現(xiàn)混亂、增加零部件的通用性和互換性、提高可靠性和穩(wěn)定性、降低發(fā)電成本作為重要目標。過去的發(fā)展更多的是依靠技術(shù)進步,以后更多的是依賴于規(guī)模化、系列化和標準化降低成本。一旦大規(guī)模投入市場,通過規(guī)模化、系列化和標準化,可以大幅度降低售價,從而降低發(fā)電成本。世界風能理事會估計,到2020年,海上風機的造價可以降低40%以上,發(fā)電成本可以同幅下降。
　　國外有關(guān)機構(gòu)也對如何降低海上風電成本進行了研究,提出了以下應(yīng)對措施:提高海上風機的可靠性,延長使用壽命,提高免維護時間,降低維護和維修費用;適當大規(guī)模開發(fā),合理安排施工時間;充分利用已知海洋地質(zhì)和氣象資料,減少開發(fā)初期投入;適當降低噪聲要求和塔架高度,降低造價。