海上風力發電現狀與發展趨勢

　　引言
　　海上風電由于其資源豐富、風速穩定、對環境的負面影響較少,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;可以大規模開發等優勢,一直受到風電開發商的關注。但是,海上風電施工困難、對風機質量和可靠性要求高,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,發展緩慢。隨著風電技術的進步,海上風電開始進入風電開發的日程。2000年,丹麥政府在哥本哈根灣建設了世界上第一個商業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化開發。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 ] 。海上風電技術正在完善,海上風電場開始進入規?；l展階段,潛力巨大。本研究主要介紹國外海上風電發展的現狀及存在的問題,探討海上風電技術發展的前景。
　　1、國外海上風力發電的發展現狀
　　國外海上風電經過近20年的發展,呈現出3個重要特征。
　　1. 1丹麥、德國和歐盟是海上風電發展倡導者
　　盡管世界海上風電裝機容量已經達到了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,海風風速穩定,沒有災害性臺風影響,有利于開發海上風電場。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備供應商的推動下,歐盟在2004年將海上風電的開發提上日程。按照歐盟風能協會的計算, 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,為海上風電項目的開發提供方便;建立統一海上風電聯網機制,建立近海海底電纜聯網系統,方便海上風電的接入;各國分享已經取得的海上風電的經驗和教訓,聯合進行技術研發并盡可能形成規?；Ｉ巷L電的開發;明確海上風電過網費的分擔水平,給開發商明確的價格政策信息;充分利用海洋開發的數據和經驗,要求海洋、海事、海運部門為海上風電開發提供技術支持,以便選擇最適合開發的風電場。歐洲風能協會和各電網公司聯合制定海上風電上網的技術標準和技術要求,方便海上風電的上網。
　　在歐盟政策的鼓勵下,德國也開始了海上風電的發展。德國陸地風能資源較好地區的開發程度已經較高,海上風電開發目前正式進入德國的開發日程。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。德國風能協會預計：2020年陸地風能的安裝潛力在4 500萬千瓦,海上要發展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展計劃是: 2030年前要發展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模發展。
　　1. 2、海上風電開發技術上可行,裝備不是其制約因素
　　雖然海上開發有許多特殊制約條件,如鹽霧問題導致的防腐問題,地質條件復雜導致的施工困難,但是經過對現有海上風電場與風電設備的考察發現,海上風電設備的故障率遠低于陸上。究其原因主要是:陸上風機穩定可靠地運行已經有了20多年的經驗,對海上風電技術裝備提供了技術基礎;設備供應商經過近十年的研究和適應,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驗,對設備運行和維護提出了相應的技術要求和維修維護預案;各設備供應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多年的研究和開發積累,具有了海上風電設備實際商業化運行的經驗。因此,裝備技術已經不再是發展海上風電的阻礙。
　　1. 3、投資大和成本高將是制約海上風電開發的主要因素
　　發電成本是海上風電發展的瓶頸,研究表明,按照目前的技術水平和20年設計壽命計算,海上風電的發電成本約合人民幣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,特殊基礎結構的建造和并網連接所占份額最大,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有關,同一基礎安裝更大容量的風電機組會更經濟,海上風電場總裝機容量在10萬千瓦以上比較經濟;海上風電場的運行和維護費用也很高。為減少維修次數,在海上惡劣天氣條件下停運設備降低了可用率;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計、安裝的特殊裝置,這些都造成發電成本的增加。目前,海上風電場的總投資中,基礎結構占15% ～25%,而陸上風電場僅為5%～10%[ 3-4 ] 。因此,發展低成本的海上風電基礎結構是降低海上風電成本的一個主要途徑。
　　2、海上風電的發展趨勢
　　2. 1、風電技術發展迅速,成本持續下降
　　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、安裝及電網接入成本遠遠大于陸上。雖然建設成本相對較高,但海上風電場擁有優越的風資源,不占用陸地面積等顯著優點,它的經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模的擴大、大功率風機的研制開發和安裝運輸技術的成熟,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展[ 6 ] 。
　　歐盟委托歐洲風能協會制定風機發展的標準和認證體系,協調各個風機制造商,在技術創新的同時,把相對穩定機型和頻譜、避免機型出現混亂、增加零部件的通用性和互換性、提高可靠性和穩定性、降低發電成本作為重要目標。過去的發展更多的是依靠技術進步,以后更多的是依賴于規?；?、系列化和標準化降低成本。一旦大規模投入市場,通過規?；?、系列化和標準化,可以大幅度降低售價,從而降低發電成本。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,發電成本可以同幅下降。
　　國外有關機構也對如何降低海上風電成本進行了研究,提出了以下應對措施: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;適當大規模開發,合理安排施工時間;充分利用已知海洋地質和氣象資料,減少開發初期投入;適當降低噪聲要求和塔架高度,降低造價。