海上風(fēng)電的開發(fā)和利用

1、海洋風(fēng)電現(xiàn)狀與展望船舶1204班 王偉01212020904281目錄一、海上風(fēng)電簡介二、發(fā)展海上風(fēng)電的優(yōu)勢與困難三、世界各國的海洋風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢四、我國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展規(guī)劃五、海上風(fēng)電的最新研究六、對我國海上風(fēng)電發(fā)展的建議23一、海上風(fēng)電簡介海上風(fēng)電是指在近海海域安裝風(fēng)力發(fā)電機組，依靠海洋上的風(fēng)推動風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)動來發(fā)電，一般情況下在風(fēng)力資源豐富的海域會安裝多臺風(fēng)力發(fā)電機組，形成海上風(fēng)電場，海上風(fēng)電是未來清潔能源新方向。4二、發(fā)展海上風(fēng)電的優(yōu)勢與困難優(yōu)勢： 海上風(fēng)電由于其資源豐富、風(fēng)速穩(wěn)定、對環(huán)境的負面影響較少；風(fēng)電機組距離海岸較遠，噪聲、視覺干擾很小；單機容量大，年利用小時數(shù)高；海

2、上風(fēng)電靠近經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，距離電力負荷中心近，風(fēng)電并網(wǎng)和消納容易；不占用土地資源；海上風(fēng)電場是以風(fēng)速高、風(fēng)功率密度大、湍流強度小占優(yōu)勢。與陸地風(fēng)電相比，海上風(fēng)電風(fēng)能資源的能量效益比陸地風(fēng)電場高20%40%，還具有不占地、風(fēng)速高、沙塵少、電量大、運行穩(wěn)定以及粉塵零排放等優(yōu)勢，同時能夠減少機組的磨損，延長風(fēng)力發(fā)電機組的使用壽命，適合大規(guī)模開發(fā)。例如，浙江沿海安裝1.5兆瓦風(fēng)機，每年陸上可發(fā)電18002000小時，海上則可以達到20002300小時，海上風(fēng)電一年能多發(fā)電45萬千瓦時。另外，海上風(fēng)電還能減少電力運輸成本。由于海上風(fēng)能資源最豐富的東南沿海地區(qū)，毗鄰用電需求大的經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，可以實現(xiàn)就近消化

3、，降低輸送成本，所以發(fā)展?jié)摿薮蟆?二、發(fā)展海上風(fēng)電的優(yōu)勢與困難困難： 1、技術(shù)難度大 海上風(fēng)電并網(wǎng)面臨兩大技術(shù)難題，一是海上風(fēng)電的輸送，二是風(fēng)電場動態(tài)穩(wěn)定性對電網(wǎng)的影響。風(fēng)電的可控性以及風(fēng)電機組的控制技術(shù)(主動變槳控制、自動控制、自動停機等)等領(lǐng)域亟待突破。同時，風(fēng)電的短期氣象預(yù)報和風(fēng)電場的集中控制策略(以均衡負荷)也面臨技術(shù)困境。 2、投資成本高 為適應(yīng)海上惡劣的環(huán)境，海上風(fēng)電機組必須采取氣密、干燥、換熱和防腐等各項技術(shù)措施，且機組的單機容量較大，需配備安裝維修的專用設(shè)施(登機平臺、起吊機等)，這些都增加了海上風(fēng)電機組的成本。有資料顯示，我國陸上風(fēng)電工程造價為8000元/千瓦左右，而海上風(fēng)

4、電則為1.6萬2萬元/千瓦。工程建設(shè)和維護成本占據(jù)了海上風(fēng)電開發(fā)中的大部分投資。6二、發(fā)展海上風(fēng)電的優(yōu)勢與困難困難： 3、經(jīng)濟性價比低 海上風(fēng)電的發(fā)電量是陸上風(fēng)電場的1.4倍，但投資成本是陸地風(fēng)電場的近兩倍，其經(jīng)濟性仍不如陸地風(fēng)電場。此外，海上風(fēng)電場的經(jīng)濟可行性主要取決于場址的兩大參數(shù)水深和離岸距離，離岸距離不大、水面較淺的海域不適合建海上風(fēng)電場。4、維護成本高 海上風(fēng)電場維護時，必須動用大型維護船，如利用建設(shè)施工船、專門的服務(wù)船只、直升機接送服務(wù)或者母艦類型的船只等，無論哪一種運輸方式，都意味著相應(yīng)的技術(shù)路徑和資金投入，運維成本因此攀升。有運營商表示，海上風(fēng)機故障修復(fù)成本將是陸上風(fēng)電的百倍。

5、5、此外，盡可能選用大容量的風(fēng)電機組，通過實施海上風(fēng)機機組的標準化設(shè)計和規(guī)?；a(chǎn)，可有效降低發(fā)電成本。不過，目前海上風(fēng)電場規(guī)?；l(fā)展還有待技術(shù)的進步和激勵政策的出臺，這也成為限制其發(fā)展的因素之一。7二、發(fā)展海上風(fēng)電的優(yōu)勢與困難 6、浮冰和臺風(fēng)對風(fēng)電機組的影響：在靠近寒帶的海域，每年冬季海面上的浮冰是風(fēng)機安全的最大威脅?！斑@并不是危言聳聽，曾經(jīng)有一年，鋒利的浮冰把一座測風(fēng)塔鏟斷，高高聳立的風(fēng)機很難抵擋住浮冰的沖擊。而在靠近熱帶的海域，臺風(fēng)或者颶風(fēng)則對電場的影響是破壞性的8三、世界各國的海洋風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 從海上風(fēng)電項目在世界各地區(qū)/國家的分布來看，歐洲占據(jù)絕大部分的市場份額，其中英國、丹麥

6、、荷蘭和瑞典是目前世界上最主要的海上風(fēng)電發(fā)展大國。早在20世紀80至90年代，歐洲就開展了較大范圍的海上風(fēng)電資源評估及相關(guān)技術(shù)研究工作。世界海上風(fēng)電發(fā)展歷程主要分為三個階段：第一個階段是從1990年到2000年，海上風(fēng)電處于小規(guī)模研究和開發(fā)階段；第二個階段是從2000年到2008年，海上風(fēng)電進入大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)階段；第三個階段是2008年至今，全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)掀起了新一輪的“下?！睙岢?。 歐洲是全球海上風(fēng)電發(fā)展最快的地區(qū)。全球海上風(fēng)電場主要分布在丹麥、英國、荷蘭、瑞典和愛爾蘭等歐洲國家。 丹麥的風(fēng)能資源非常豐富，也是世界上最早大規(guī)模開始風(fēng)力發(fā)電的國家，在風(fēng)電技術(shù)上也位居世界領(lǐng)先地位。1990年，丹

7、麥安裝了全球第一臺示范近海風(fēng)電機組，單機容量220kW，自此世界風(fēng)電發(fā)展跨入了另一個時代。1997年丹麥政府制訂了海上風(fēng)電發(fā)展計劃，至2010年丹麥建成了9個海上風(fēng)電場，總裝機容量60萬kW余，占世界同期海上風(fēng)電的1/3、歐盟海上風(fēng)電的1/2。9三、世界各國的海洋風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 英國海上風(fēng)電項目穩(wěn)步增長，由于英國海域內(nèi)風(fēng)力資源占歐洲總資源相當大的比例，因此發(fā)展前景比較樂觀。相關(guān)研究報告估計，英國海上風(fēng)能接近1000TWh，相當于全國年總用電量的數(shù)倍。綜合英國優(yōu)越的海上風(fēng)能資源，強大的海上政權(quán)以及2015年15%新能源比例的強制性政策建立，英國被認定是全球海上風(fēng)電最佳市場。自2000年12月

8、英國第一座海上風(fēng)電場-諾森伯蘭郡布萊斯海港風(fēng)電場批準建立以來，已有13座海上風(fēng)電場陸續(xù)建立起來，總裝機容量超過1155MW。其中12座海上風(fēng)電場已完成并網(wǎng)發(fā)電，總裝機容量達到8828MW。10三、世界各國的海洋風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢德國海上風(fēng)力發(fā)電起步比較晚，國內(nèi)首座海上風(fēng)能電站阿爾法文圖斯始建于2008年7月，2010年4月27日在北海正式并網(wǎng)發(fā)電，這標志著德國海上風(fēng)電進入大發(fā)展時期。阿爾法文圖斯電站位于離德國北部島嶼波爾庫姆以北45km的北海海域，造價達25億歐元，現(xiàn)裝有12臺風(fēng)能裝置(俗稱風(fēng)車)，每臺裝置的裝機容量均為5000kW，一年共發(fā)電至少22億kWh，從理論上可滿足5萬家庭的用電需求

9、。這樣級別的裝機容量在世界海上風(fēng)電站的建設(shè)史上還是首次，阿爾法文圖斯被稱為示范項目，主要是為今后的海上風(fēng)電站建設(shè)積累經(jīng)驗。為了扶持海上風(fēng)電，實現(xiàn)到2030年使海上風(fēng)電裝機容量達到25GW的目標，總共還需投資750億歐元。而首批10個海上風(fēng)電站的建設(shè)將得到政府的資助，德國復(fù)興信貸銀行在2011年設(shè)立了50億歐元的市場利率“海上風(fēng)電”專項貸款額度。根據(jù)德國政府的規(guī)劃，德國海上風(fēng)電未來將占到整個風(fēng)力發(fā)電的25，而一般國家這個比例僅為10。到目前為止，北海和波羅的海已經(jīng)并網(wǎng)發(fā)電的項目共有5個，另有25個項目已經(jīng)通過審批在建，還有超過80個項目正在立項審批過程中。11三、世界各國的海洋風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

10、北美北美：北美的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)近些年來發(fā)展非常迅速，尤其是美國和加拿大。隨著近年來全球清潔能源和可再生能源發(fā)展勢頭的日益強勁，美國加快了風(fēng)電發(fā)展步伐，尤其是2006年以后發(fā)展速度較快，到2009年風(fēng)電總裝機容量達到35159MW，風(fēng)力發(fā)電量占到總發(fā)電量的24%。但是，美國的海上風(fēng)電發(fā)展較晚，作為美國首座海上風(fēng)電場，美國東北部的鱈魚岬海上風(fēng)電場經(jīng)過9年之久，于2010年4月獲得美國政府的批準，該風(fēng)電場總裝機容量為454MW。近年來，美國也開始重視海上風(fēng)電的發(fā)展，美國海上風(fēng)電的發(fā)展目標首先鎖定淺灘，然后發(fā)展至深水；主要采用單機容量為5MW或更大的風(fēng)機。 加拿大的風(fēng)能儲蓄豐富，近年來風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。風(fēng)力

11、機組安裝總量從1994年的19MW發(fā)展至2006年1月的682MW。目前，在夏洛特皇后群島，已建成的海上風(fēng)電項目總?cè)萘窟_700MW，該項目是北美海上風(fēng)電項目中最大的一項。12三、世界各國的海洋風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢亞洲亞洲 亞洲的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)近年發(fā)展強勁，尤其是韓國、中國和日本，在全球風(fēng)電市場上都占有重要的一席。但是亞洲擁有海上風(fēng)電場的國家目前只有中國和日本。日本風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起步晚，發(fā)展相當緩慢。目前，日本國內(nèi)僅在北海道瀨棚町等地安裝了14套海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，發(fā)電量11萬kW左右，遠遠低于歐洲200萬kW以上的海上風(fēng)力發(fā)電規(guī)模。2010年6月日本政府綜合海洋政策本部研究制訂的有關(guān)發(fā)展海上風(fēng)力發(fā)電的海

12、洋可再生能源戰(zhàn)略方案出臺。該方案提出，到2020年前，日本將安裝2000套以上直徑為120m的大型海洋風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其發(fā)電能力相當于10座1000萬kW以上的核電站。13三、世界各國的海洋風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢韓國是風(fēng)電市場中的后來者，目前正處在風(fēng)電行業(yè)艱難時期，目前，風(fēng)電行業(yè)激烈的競爭和風(fēng)力渦輪機價格的下跌擠壓了整個供給鏈的利潤。韓國的大多數(shù)能源依賴進口，鑒于韓國廣泛的造船及海洋工程經(jīng)驗以及豐富的海上風(fēng)能資源，海上風(fēng)電是韓國企業(yè)進入風(fēng)電行業(yè)的最佳突破口，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的中心將從陸地轉(zhuǎn)向海上。濟州島近海60兆瓦規(guī)模的海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)施建設(shè)于2014年6月完成。據(jù)最近報道，韓國政府將投資9.2萬億韓元，

13、在該國南部近海建設(shè)2500兆瓦規(guī)模的海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)施，每年發(fā)電量可達6525千瓦時，可供擁有556萬人口的城市使用，該項目建成后，韓國將躍升為世界三大海上風(fēng)力發(fā)電強國。14四、我國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展規(guī)劃1、發(fā)展現(xiàn)狀：我國海上風(fēng)電起步較晚，2006年開始海上測風(fēng)，2008年投資23.6億元建設(shè)了我國第一座大型海上風(fēng)電項目，上海東海大橋海上風(fēng)電項目，該項目安裝了34臺國產(chǎn)單機容量3MW的離岸型風(fēng)電機組，總裝機容量102MW，該項目拉開了中國海上風(fēng)電開發(fā)的帷幕。我國擁有18000多公里長的大陸海岸線，可利用海域面積多達300多萬平方公里，是世界上海上風(fēng)能資源最豐富的國家之一。 我國擁有十分豐富的

14、近海風(fēng)資源，有數(shù)據(jù)顯示，我國近海10m水深的風(fēng)能資源約1億kW，近海20m水深的風(fēng)能資源約3億kW，近海30m水深的風(fēng)能資源約49億kW。此外，由于我國東部沿地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達，能源緊缺，開發(fā)豐富的海上風(fēng)能資源將有效改善能源供應(yīng)情況。開發(fā)海上風(fēng)電已經(jīng)成為我國能源戰(zhàn)略的一個重要內(nèi)容。我國已建及正在規(guī)劃建設(shè)中的海上風(fēng)電場主要有上海東海大橋近海風(fēng)電場、山東威海風(fēng)電場、浙江岱山近海風(fēng)電場、浙江杭州灣近海風(fēng)電場、江蘇如東和江蘇東臺風(fēng)電場等。預(yù)計2015年中國海上風(fēng)力電裝機500萬千瓦，業(yè)內(nèi)預(yù)計將帶來800億元海上風(fēng)電蛋糕，未來幾年我國海上風(fēng)電將進入加速發(fā)展期。15四、我國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展規(guī)劃 我國目前已

15、建成的海上風(fēng)電總裝機為 142 MW，包括： 上海東海大橋海上風(fēng)電項目，總裝機 102MW。上海東海大橋海上風(fēng)電項目是我國第 1 個大型海上風(fēng)電項目，采用 34 臺 3 MW 風(fēng)機， 2010 年 6 月全部并網(wǎng)發(fā)電，上網(wǎng)電價為 0.978 元 （ / kWh），單位造價為 2.3 萬元 /kW。 江蘇如東潮間帶海上試驗風(fēng)電場，總裝機 3.2 萬 kW。這是國內(nèi)第 1 個潮間帶試驗風(fēng)電場，共安裝 16 臺海上試驗機組， 分別為 6臺 1.5 MW 風(fēng)機、6 臺 2.0 MW 風(fēng)機、2 臺 2.5 MW 風(fēng)機和 2 臺 3.0 MW 風(fēng)機。項目于 2009 年 6 月 15 日開工建設(shè)， 201

16、0 年 9 月 28 日全部投產(chǎn)發(fā)電。 其他海域安裝的海上試驗風(fēng)電機組，總裝機為 0.8 萬kW。包括在渤海灣并網(wǎng)運行的 1 臺 1.5 MW 機組，以及在江蘇省響水縣近海并網(wǎng)運行的 1 臺 2.5 MW 機組和 2 臺 2 MW 機組。16四、我國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展規(guī)劃 2、我國海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃： 我國海上風(fēng)能資源豐富，具備大規(guī)模發(fā)展海上風(fēng)電的資源條件。根據(jù)制訂中的可再生能源“十二五”規(guī)劃的初步預(yù)計8， 2015 年中國海上風(fēng)電將達到500 萬 kW，海上風(fēng)電成套技術(shù)將形成并建立完整的產(chǎn)業(yè)鏈； 2015 年后將實現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展，達到國際先進水平； 2020 年海上風(fēng)電將達到 3 000 萬

17、 kW。17五、海上風(fēng)電的最新研究 海上風(fēng)力發(fā)電是全球未來發(fā)展的熱點，目前歐洲的海上風(fēng)電發(fā)展全球領(lǐng)先，世界風(fēng)電設(shè)備制造商紛紛發(fā)揮各自優(yōu)勢占領(lǐng)海上風(fēng)電市場，以下幾個方面將成為今后海上風(fēng)電發(fā)展研究的一部分：1、海上風(fēng)場呈現(xiàn)大型化趨勢，并且向深海海域發(fā)展海上風(fēng)電技術(shù)不斷發(fā)展和完善，風(fēng)力機組的設(shè)計融入更多針對海上環(huán)境的獨特設(shè)計。2、風(fēng)機和葉片都呈現(xiàn)大型化發(fā)展方向，直驅(qū)式/半直驅(qū)發(fā)電機將逐步成為主力；3、封閉循環(huán)式冷卻系統(tǒng)將受到青睞；4、多電平拓撲結(jié)構(gòu)的變流器占領(lǐng)市場；5、多種類型的塔架和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計可以適應(yīng)不同的海域，懸浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為深海風(fēng)場的發(fā)展提供了條件；6、隨著風(fēng)場離岸距離的增加，采用直流傳輸可

18、降低海底電纜的鋪設(shè)成本，提高能量的傳輸效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性；7、狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)不斷成熟并在更多的風(fēng)場中應(yīng)用，可降低風(fēng)場的維護成本18五、海上風(fēng)電的最新研究8、建立海上風(fēng)力發(fā)電廠對某些動物種類和棲息地可能會產(chǎn)生不利的影響，尤其在不采取任何措施防止或減輕這些影響的情況下。特別是，當?shù)氐镍B類、哺乳動物和魚類可能會受到驚擾，并喪失他們賴以生存的捕食和繁育棲息地。風(fēng)力渦輪機基座下的海底種群將被破壞，風(fēng)場附近的種群可能由于水文和沉積物的改變而受到影響。水下噪聲，不論在建設(shè)期間還是運行時，都會影響到海洋哺乳動物，人為產(chǎn)生的電場和磁場都會迷惑魚類和哺乳動物。還有，風(fēng)場肯定會增加船只碰撞的機率，可以威脅到非常大的水域（如發(fā)生石油或化學(xué)品泄露的情形）。在某些特定區(qū)域（如捕魚區(qū)）對某些物種，如魚類和海洋動物，也可能帶來不利的影響。19六、對我國海上風(fēng)電發(fā)展的建議 基于上述對我國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀、規(guī)劃、項目進展、管理政策的總結(jié)和分析，提出以下建議： （1）建立高效的海上風(fēng)電相關(guān)部門協(xié)調(diào)管理機制。