第二章 海上風(fēng)電場的選址

1、第二章 海上風(fēng)電場的選址2.1 概述近海風(fēng)電場一般都是在水深1020m、距岸線1015km左右的近海，從空間上看，地域大，選址余地大。實際上海上風(fēng)電場的建設(shè)受到諸多因素的影響和制約。按制約因素的性質(zhì)可為以下幾方面：硬性制約（比如軍事區(qū)、航道等）、軟性制約（如：漁民的利益、規(guī)劃上的沖突）、技術(shù)制約（如：風(fēng)資源、海床條件、不利因素等）、環(huán)境制約（如：生態(tài)因素、噪聲等）、經(jīng)濟(jì)制約。根據(jù)各國的海上風(fēng)電場經(jīng)驗，綜合各種影響因素，得出風(fēng)電場選址的幾項基本原則：（1）考慮風(fēng)資源的類型、頻率和周期（2）考慮海床的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、海底深度和最高波浪級別（3）考慮地震類型及活躍程度及雷電等其它天氣情況（4）考慮城市海洋

2、功能區(qū)的規(guī)劃要求（5）場址規(guī)劃與城市建設(shè)規(guī)劃、岸線和灘涂開發(fā)利用規(guī)劃相協(xié)調(diào) （6）符合環(huán)境和生態(tài)保護(hù)的要求，盡量減少對鳥類、漁業(yè)的影響。（7）避開航道，盡量減少對船舶航行及緊急避風(fēng)的影響。（8）避開通信、電力和油氣等海底管線的保護(hù)范圍。（9）盡量避開軍事設(shè)施及周圍（10）考慮基礎(chǔ)施工條件和施工設(shè)備要求及經(jīng)濟(jì)性，場址區(qū)域水深一般控制在515m。2.2 選址考慮的各種因素2.2.1 風(fēng)資源因素1. 風(fēng)資源：風(fēng)資源是風(fēng)電場選址的首要因素，一個良好的風(fēng)資源是必備條件。一般對風(fēng)資源的評價如下：平均風(fēng)速（m/s）基于歐洲的經(jīng)驗67低風(fēng)速，項目經(jīng)濟(jì)上不好78中等風(fēng)速，投資回報周期長89高風(fēng)速，中等投資回收期

3、，利潤合理910最佳風(fēng)能資源，投資回收期短，高回報風(fēng)電場選址，在風(fēng)資源上要求年平均風(fēng)速大于6m/s，50m風(fēng)功率密度大于200W/m2 。我國最佳風(fēng)資源區(qū)在臺灣海峽，平均風(fēng)速達(dá)到8m/s以上，功率密度達(dá)到700w/m2 ，其次就是廣東、再次就是上海江浙一帶，然后就是山東、河北等地。在從風(fēng)資源方面選址上，首先要從宏觀上確定區(qū)域，然后再進(jìn)行區(qū)域風(fēng)資源測試評估。2. 風(fēng)資源上的不利因素：臺風(fēng)海上風(fēng)電場在風(fēng)資源上的不利因素首先就是臺風(fēng)，強(qiáng)臺風(fēng)不僅僅損害葉片、機(jī)艙，還包括結(jié)構(gòu)部件，如塔筒和基礎(chǔ)，對發(fā)電設(shè)備影響很大。國際電工委員會（IEC）對發(fā)的機(jī)組的分類發(fā)的機(jī)組類型輪轂高度年平均風(fēng)速（m/s）50年一遇

4、3秒陣風(fēng)（m/s）1107028.559.537.552.5“桑美臺風(fēng)2006年登陸浙江，最大風(fēng)速78米/秒，導(dǎo)致浙江蒼南風(fēng)電場28臺風(fēng)機(jī)倒了20臺，整個風(fēng)場幾乎報廢。”如果沒有科學(xué)、扎實的研究，海上風(fēng)場將難以避免蒼南的災(zāi)難?！澳壳斑\(yùn)營的國產(chǎn)風(fēng)機(jī)質(zhì)量問題，可能在未來兩到三年后集中爆發(fā)?！?2.2.2 海床的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、海底深度和最高波浪級別1. 海上風(fēng)電風(fēng)塔基礎(chǔ)是造成海上風(fēng)電成本的重要因素之一，選擇地質(zhì)條件好的海域建設(shè)風(fēng)電場不僅利于施工，而且還能減少成本，并防治地質(zhì)災(zāi)害。因此，海上風(fēng)電場對地址條件的要求非常嚴(yán)格。在環(huán)境評估中要對所選海域進(jìn)行地質(zhì)勘探，且要布點(diǎn)合理，以全面掌握場址海床的地質(zhì)構(gòu)造情況

5、。海底表層沉積物有有機(jī)的、無機(jī)的，無機(jī)的有細(xì)沙、泥沙、巖石碎裂的固體碎片等多種情況。一般而言，細(xì)沙覆蓋的海床條件比顆粒較大的沉積物的海床更適合風(fēng)電場的建設(shè)。2. 海底深度（水深）水深也是影響項目總成本的重要因素之一，原因如下：1）發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)單樁基礎(chǔ)在深水及松軟的地質(zhì)條件下不適合，需要更復(fù)雜的基礎(chǔ)方案。2）施工安裝，過深的水給施工帶來難度。超過40m的水深，千斤頂駁船就不能勝任了，需要錨式起重船，但它受海況條件影響比較大。3）海底電纜的鋪設(shè)一般在530m的范圍內(nèi)（10-20m）。水深和離岸距離根據(jù)歐洲海域已建成或規(guī)劃中的海上風(fēng)電項目水深、離岸距離和裝機(jī)容量的信息統(tǒng)計得知：歐洲海上風(fēng)電場開

6、發(fā)趨于更大、更深、離岸更遠(yuǎn)?；诂F(xiàn)在的風(fēng)電技術(shù)和資金結(jié)構(gòu)，40m是海上風(fēng)電開發(fā)現(xiàn)實可行的最大水深。歐洲海域至今建設(shè)的海上風(fēng)電場最深的是Beatrice 商業(yè)示范項目，大約位于40m水深范圍。極少數(shù)風(fēng)電場在不到5m的水深處建造。大多數(shù)海上風(fēng)電場項目離岸小于50km。德國第一個海上風(fēng)電試驗項目12臺機(jī)組總計60兆瓦的Alpha Ventus從1999年正式立項，到2010年4月才得以并網(wǎng)發(fā)電，歷時近12載，比原定計劃晚了一年半。為了保護(hù)海岸線和近海潮汐，以及不影響進(jìn)港航道，德國聯(lián)邦海洋和水道測量局要求海上風(fēng)電場建在遠(yuǎn)離陸地的地方。德國的公眾也不愿意看到海上風(fēng)機(jī)出現(xiàn)在近海的自然景觀里，認(rèn)為是一種破壞

7、。妥協(xié)的結(jié)果是，Alpha Ventus選址在了北海離岸45公里遠(yuǎn)的地方，水深達(dá)30米。根據(jù)德國海上風(fēng)電官方網(wǎng)站提供的信息，其他申請的項目也多在離岸30公里之外，水深在20米至35米之間。而英國、丹麥等國家的海上風(fēng)電場離岸要近得多，那里的公眾也不介意大型風(fēng)機(jī)出現(xiàn)在視線里。3. 海浪：波浪包含大量的動能和壓力，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的重復(fù)荷載，對結(jié)構(gòu)的壽命和動態(tài)行為有嚴(yán)重的影響。1）增加發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)的水平荷載2）在風(fēng)電場運(yùn)行期間影響安全進(jìn)入或工作，增加了運(yùn)營成本。3）大浪妨礙建設(shè)施工，增加施工成本。海浪：渤、黃、東、南海的波高以南海最大，東海次之，渤、黃海較小。年均波高南海為1.5 米，東海及南黃

8、海為1.01.5 米，渤海、北黃海和北部灣僅0.51.0 米。年中波高以冬季最大，大浪（波高2 米以上）頻率都在20以上。從濟(jì)州島經(jīng)中國臺灣以東海面至東沙、南沙群島的連線為大浪帶， 大浪頻率在40以上，中心區(qū)可達(dá)50。據(jù)現(xiàn)有記錄，南海、東海的最大波高為10 米多，南黃海為8.5 米。波高最小的季節(jié)，黃海出現(xiàn)于夏季，東海和南海出現(xiàn)于春季。4. 潮汐流潮汐流造成的水平荷載、泥沙的沖刷對海上風(fēng)電場的建造、運(yùn)營和維護(hù)構(gòu)成了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。其影響在于l 增加水平荷載l 增加沖刷，對基礎(chǔ)的侵蝕加大l 使安裝、維修更具挑戰(zhàn)性，增加了施工維護(hù)的成本潮汐流的侵蝕能力與流速的立方成正比。中國海域潮汐流對海上風(fēng)力發(fā)電場

9、開放最具挑戰(zhàn)性的地方位于浙江北部和江蘇中部之間，杭州灣是世界上涌潮之地。潮汐流峰值（cm/s）重要性050很少或沒有問題50100較輕的挑戰(zhàn)100150相對富有挑戰(zhàn)性的工作環(huán)境150200挑戰(zhàn)性的工作環(huán)境>200不適合的位置5. 潮差位于低水位和高水位之間的基礎(chǔ)部分遭受的腐蝕最嚴(yán)重，且容易生成生物淤泥。潮差大也給施工、維護(hù)帶來不便。潮汐范圍重要性04m很小或者沒有問題48m一些小的挑戰(zhàn)>8m適度工作挑戰(zhàn)中國蘇、浙、閩沿岸，一般為45 米，但錢塘江口的涌潮，歷史上最大潮差可達(dá)9 米，其壯觀景象，舉世聞名。渤海沿岸潮差也只13 米6. 海冰每年12月到3月，渤海灣特別是遼寧灣有海冰和浮

10、冰，浮冰塊對樁基有沖撞作用，而且浮冰塊阻塞效應(yīng)也會使船舶抵達(dá)發(fā)電機(jī)組很困難。2.2.3 地震與構(gòu)造風(fēng)險在中國沿海存在一些輕微的構(gòu)造斷層，沿斷層板塊運(yùn)動引起的地震會對海上風(fēng)電場的生存造成很大的危害。作為選址的一部分，需要詳細(xì)了解地質(zhì)斷層適當(dāng)?shù)拈g隔距離，感興趣的海域的地震活動風(fēng)險信息，這些信息應(yīng)應(yīng)用于選址的設(shè)計中。福建省海上位于橫向地質(zhì)板塊邊界，臺灣島區(qū)域為地震高發(fā)帶，地震活動頻繁，對風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計是個挑戰(zhàn)，需要有足夠的信息、工程技術(shù)和財務(wù)決策。江蘇北部有最低程度的地質(zhì)災(zāi)害，構(gòu)造活動基本發(fā)生在江蘇南部和中部。江蘇省在近代歷史上規(guī)模最大的地震為1668年里氏8.5 。在設(shè)計中如果沒有考慮地震因素，并

11、加以適當(dāng)保護(hù)，遇到強(qiáng)地震會造成重大損失。2.2.4 海域利用上的沖突問題選址過程中不能忽略海域使用上的限制和制約，有時會和其他的行業(yè)、其他的用途等情況產(chǎn)生沖突。1. 石油天然氣渤海和東海有豐富的油氣儲量，隨著對石油天然氣需求的不斷增長，海上石油和天然氣的勘探和開采活動將日益增多，這樣會限制海上風(fēng)電的開發(fā)。2. 航運(yùn)航道約90%的世界貿(mào)易是由海上運(yùn)輸業(yè)來完成的。我國沿海各個區(qū)域都有重要的航道，風(fēng)電場不能占據(jù)航道，特別是繁忙的航道和錨定站點(diǎn)、避風(fēng)港區(qū)，在一些不繁忙的航道上也要考慮風(fēng)電機(jī)組的分布，風(fēng)電機(jī)組的分布要為行船留出足夠的距離，避免船舶與風(fēng)電機(jī)組的碰撞，造成船舶和風(fēng)電機(jī)組的損壞。而且風(fēng)電機(jī)組應(yīng)

12、安裝警示標(biāo)志，如照明和霧角等，另外應(yīng)到海事部門進(jìn)行登記注冊，以便在航海指南中作出標(biāo)示。3. 軍事設(shè)施1）軍事管制區(qū)2）用于軍事目的的海域：如軍事飛行的低空區(qū)域，海里的導(dǎo)彈試驗區(qū)域等。3）海底彈藥庫或海底彈藥傾倒區(qū)，要摸清彈藥地點(diǎn)位置，密分布度等情況。從中國海事圖獲得的彈藥傾倒區(qū)和雷區(qū)可能在連云港以北海域的兩個地方，這兩個區(qū)域嚴(yán)重制約了該地區(qū)的風(fēng)電場的開發(fā)。4. 航空和雷達(dá)風(fēng)電機(jī)組在雷達(dá)監(jiān)測視線范圍內(nèi)會對雷達(dá)造成干擾，旋轉(zhuǎn)的風(fēng)電機(jī)組葉片會給雷達(dá)造成假信號，在雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)中顯示錯誤的追蹤信號。通常在海上風(fēng)電場開發(fā)規(guī)劃階段，經(jīng)常與航空和安全部門存在沖突，甚至導(dǎo)致項目審批無法通過。一般民用機(jī)場的位置是

13、公開的，軍用雷達(dá)及航空雷達(dá)的地點(diǎn)需要通過其他途徑獲得。5. 漁業(yè)和捕撈魚類和海鮮是中國沿海的食物和收入的重要來源?，F(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)支持淺水區(qū)（小于10m）和較遮蔽的地方養(yǎng)殖。水產(chǎn)和海上風(fēng)電場的選址之間有相當(dāng)?shù)闹丿B。其主要影響就是施工過程中破壞環(huán)境造成魚類和海洋生物死亡。有些專家認(rèn)為從長遠(yuǎn)看不會漁業(yè)有影響，而且由于樁基的建設(shè)形成類似漁礁可改變環(huán)境可促進(jìn)魚類的種群復(fù)蘇，但漁業(yè)界不認(rèn)同這種看法?？傊唐谑菚o漁業(yè)或捕撈業(yè)造成影響。2.2.5 環(huán)境制約1. 濕地和淺水區(qū)是涉水、近水鳥類的主要活動區(qū)域，這些區(qū)域開發(fā)會對動植物的生態(tài)圈產(chǎn)生不良影響。l 旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪葉片會對鳥類造成傷害l 剝奪了候鳥的捕食區(qū)l

14、 剝奪了候鳥的繁殖區(qū)l 施工期間對周邊的生態(tài)產(chǎn)生不良影響 如： 鹽城沿海灘涂珍禽國家級自然保護(hù)區(qū)位于江蘇省鹽城市的射陽、大豐、濱海、響水、東臺五縣（市）的沿海地區(qū)，面積45.3萬公頃，1984年建立省級自然保護(hù)區(qū)，1992年加入聯(lián)合國教科文組織國際“人與生物圈”保護(hù)網(wǎng)，1996年又納入“東北亞鶴類保護(hù)網(wǎng)絡(luò)”。主要保護(hù)對象為灘涂濕地生態(tài)保護(hù)系統(tǒng)和以丹頂鶴為代表的多種珍禽。2. 視覺影響3.噪聲影響4.海洋考古學(xué)的影響：如文化遺產(chǎn)等2.2.6 港口港口在海上風(fēng)電場開發(fā)的初級階段扮演著重要的角色，因為所有的風(fēng)電場的零部件、配套設(shè)備都會存放在此，并有此運(yùn)送出海。港口設(shè)施應(yīng)在風(fēng)電場開始施工之前全部到位。

15、一般港口應(yīng)有深水泊位，以便大型深水船舶運(yùn)作，還應(yīng)有足夠的空間以便存儲風(fēng)電機(jī)組塔筒和葉片等各種零部件，并擁有相當(dāng)?shù)耐掏铝亢涂烧{(diào)配的船舶，有運(yùn)送大量貨物的基礎(chǔ)設(shè)施。在制造、建造、安裝、運(yùn)營和維護(hù)各階段都離不開港口。典型港口（處理100臺風(fēng)電機(jī)組/年）的規(guī)格：l 80000m2的最小面積，若在氣候不好的地區(qū)，額外需要增加30000m2。l 港口周圍應(yīng)有200300m長的運(yùn)輸通道，并且要有能承受高負(fù)載的能力。l 不受潮汐或其它進(jìn)入性制約的航道，并能容納長140m、寬45m、吃水深度6m大型船舶l(fā) 凈空高度不低于100m，以保證塔架等零部件安全通航。l 能運(yùn)送300T重量的起重機(jī)。一旦風(fēng)電場開始運(yùn)作，維

16、護(hù)工作通常有最近的碼頭來進(jìn)行，這些碼頭需配備維護(hù)人員、船舶、倉庫和維修的裝備。風(fēng)電場的規(guī)模越來越大，并且離岸越來越遠(yuǎn)，直升機(jī)和海上居住條件也是考慮的范圍。風(fēng)電場距港口的距離海上風(fēng)電場開發(fā)建設(shè)的項目成本隨著場址距海岸線和港口的距離增加而增加。如：海上航行的時間長將導(dǎo)致整個項目建造時間長，尤其是當(dāng)運(yùn)送風(fēng)電機(jī)的地基和機(jī)組期間。惡劣和多變的海上環(huán)境會對風(fēng)電場的維護(hù)帶來困難。以江蘇為例：共有11個港口，其中7個主要港口：連云港、濱海港、射陽港、大豐港、洋口港、南通港和呂四港，大多數(shù)都在擴(kuò)建之中。連云港：江蘇省最大的碼頭，最深的泊位8.51m，航道深9m。有足夠能力完成海上風(fēng)電場零部件的出海任務(wù)。濱海港：

17、正在開發(fā)中，竣工后有3000t的水上平臺，有4個分港口，其中2個適合做海上風(fēng)電場港口射陽港：正在建設(shè)2個5000t的水上平臺。呂四港：包括大唐電力港和正在興建的呂四港。大豐港、南通港目前還不適合做海上風(fēng)電場使用的碼頭。(2009年前的資料)2.2.7 電網(wǎng)海上風(fēng)電場的年發(fā)電量和上網(wǎng)電價等因素也是需要考慮的?？紤]到搭建輸電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等因素，選擇離電網(wǎng)接入點(diǎn)近的區(qū)域并網(wǎng)是一種普遍認(rèn)同的方案。2.3 制約圖制作對每個制約信息進(jìn)行處理，然后分別制作制約圖。2.4 咨詢與核準(zhǔn)1. 咨詢的好處根據(jù)歐洲可再生能源項目開發(fā)所取得的經(jīng)驗證明，盡早在開發(fā)階段有效識別和接觸其他用戶（利益相關(guān)者）是非常有效和必

18、要的。作為開發(fā)過程中的一部分，潛在的風(fēng)電場開發(fā)商必須咨詢主要利益團(tuán)體及國家和當(dāng)?shù)夭块T，目的是進(jìn)一步確認(rèn)制約圖中確認(rèn)的潛在開發(fā)區(qū)可利用性。咨詢會確保開發(fā)的信息得以傳達(dá)，可與有關(guān)部門展開對話，開發(fā)商能夠獲得相關(guān)資料。如果有意義的對話早日展開，可減少或避免開發(fā)商陷入各方的反對中，能減少項目的延誤和無用的費(fèi)用和開支。比如：國家或軍事設(shè)施某些信息是保密的通過公開渠道無法獲得。通過咨詢：1. 可進(jìn)一步確定項目的可行性2. 可準(zhǔn)確確定風(fēng)電場的場址3. 可預(yù)估建設(shè)難度和成本2. 利益相關(guān)者風(fēng)電場建設(shè)會涉及到許多方面的利益，這些利益相關(guān)者都要進(jìn)行咨詢溝通，充分了解各方的利益訴求，與風(fēng)電場建設(shè)的沖突及解決的辦法。這些利益相關(guān)者如：國家漁業(yè)局、海洋局、軍事機(jī)構(gòu)、海岸警衛(wèi)隊、港口、船舶公司、各地方政府機(jī)構(gòu)、環(huán)境部門、電信部分等等。利益相關(guān)者約束類型聯(lián)系單位石油天然氣中國海洋石油總公司漁業(yè)與養(yǎng)殖國家國家農(nóng)業(yè)部漁業(yè)局國家海洋局地方各地方海洋與漁業(yè)廳軍事機(jī)構(gòu)國家國家各軍種的主管部門地方海岸警衛(wèi)隊政府地方各地的發(fā)展規(guī)劃部門船舶及導(dǎo)航、港口地方各地的交通廳、港口航道管理部門電纜和管道電纜中國海底電纜建設(shè)有限公司管道中國石油天然氣管道局國家中國民用航空局