海上风力发电现状与发展趋势

　　引言
　　海上风电由于其资源丰富、风速稳定、对环境的负面影响较少,风电机组距离海岸较远,视觉干扰很小;允许机组制造更为大型化,从而可以增加单位面积的总装机量;可以大规模开发等优势,一直受到风电开发商的关注。但是,海上风电施工困难、对风机质量和可靠性要求高,自1991年丹麦建成第一个海上风电场以来,海上风电一直处于实验和验证阶段,发展缓慢。随着风电技术的进步,海上风电开始进入风电开发的日程。2000年,丹麦政府在哥本哈根湾建设了世界上第一个商业化意义的海上风电场,安装了20台2兆瓦的海上风机。此后,世界各国开始考虑海上风电的商业化开发。目前全世界建成的海上风电场有30余座,装机容量达到了100 万千瓦[ 1 ] 。海上风电技术正在完善,海上风电场开始进入规模化发展阶段,潜力巨大。本研究主要介绍国外海上风电发展的现状及存在的问题,探讨海上风电技术发展的前景。
　　1、国外海上风力发电的发展现状
　　国外海上风电经过近20年的发展,呈现出3个重要特征。
　　1. 1丹麦、德国和欧盟是海上风电发展倡导者
　　尽管世界海上风电装机容量已经达到了100万千瓦,但是大约40%在丹麦,其余分布在德国、英国、爱尔兰、瑞典和意大利等。丹麦是一个岛国,近海面积远远大于陆地面积,地处波罗地海,海风风速稳定,没有灾害性台风影响,有利于开发海上风电场。目前,丹麦建成了7个海上风电场,总装机容量达到40万千瓦。因此,丹麦是海上风电先导者,也是海上风电的倡导者。在丹麦的积极倡导和设备供应商的推动下,欧盟在2004年将海上风电的开发提上日程。按照欧盟风能协会的计算, 2020年风电装机容量将达到1. 8亿千瓦,海上风电约为8 000万千瓦。欧盟各国为海上风电项目审批实行一站式服务,为海上风电项目的开发提供方便;建立统一海上风电联网机制,建立近海海底电缆联网系统,方便海上风电的接入;各国分享已经取得的海上风电的经验和教训,联合进行技术研发并尽可能形成规模化海上风电的开发;明确海上风电过网费的分担水平,给开发商明确的价格政策信息;充分利用海洋开发的数据和经验,要求海洋、海事、海运部门为海上风电开发提供技术支持,以便选择最适合开发的风电场。欧洲风能协会和各电网公司联合制定海上风电上网的技术标准和技术要求,方便海上风电的上网。
　　在欧盟政策的鼓励下,德国也开始了海上风电的发展。德国陆地风能资源较好地区的开发程度已经较高,海上风电开发目前正式进入德国的开发日程。针对当前海上风电电价过低的局面,德国计划修改电价方案,即基本电价为14欧分/千瓦时,并可随着水深和离岸距离的增加而适当增加。德国风能协会预计：2020年陆地风能的安装潜力在4 500万千瓦,海上要发展1 000万～1 200万千瓦,合计约5 500万千瓦;2020年风电可满足20% ～25%德国电力消费需求。德国政府远期海上风电发展计划是: 2030年前要发展2 000万～2 500万千瓦的海上风电。
　　欧盟国家是海上风电的先行者,也已为海上风电的开发做了大量的准备工作,一旦时机成熟,将着手推动海上风电的更大规模发展。
　　1. 2、海上风电开发技术上可行,装备不是其制约因素
　　虽然海上开发有许多特殊制约条件,如盐雾问题导致的防腐问题,地质条件复杂导致的施工困难,但是经过对现有海上风电场与风电设备的考察发现,海上风电设备的故障率远低于陆上。究其原因主要是:陆上风机稳定可靠地运行已经有了20多年的经验,对海上风电技术装备提供了技术基础;设备供应商经过近十年的研究和适应,充分考虑了海上风电的特殊需要,参考海上钻井平台的运行经验,对设备运行和维护提出了相应的技术要求和维修维护预案;各设备供应商大多对海上风电进行了长期的研究和实验,比如丹麦的维斯塔斯对丹麦的海上风电进行了10多年的研究和开发积累,具有了海上风电设备实际商业化运行的经验。因此,装备技术已经不再是发展海上风电的阻碍。
　　1. 3、投资大和成本高将是制约海上风电开发的主要因素
　　发电成本是海上风电发展的瓶颈,研究表明,按照目前的技术水平和20年设计寿命计算,海上风电的发电成本约合人民币0. 42 元(或0. 05 美元) /千瓦时[ 2 ] 。这是由于海上风电的初期投资费用较高,特殊基础结构的建造和并网连接所占份额最大,一般要占总投资的一半以上;海上风电成本也与单机容量和风电场装机台数有关,同一基础安装更大容量的风电机组会更经济,海上风电场总装机容量在10万千瓦以上比较经济;海上风电场的运行和维护费用也很高。为减少维修次数,在海上恶劣天气条件下停运设备降低了可用率;为使风电机组适合海上运行,要采取气密、干燥、换热、防腐处理等特别措施;为方便维修风电机组需设计、安装的特殊装置,这些都造成发电成本的增加。目前,海上风电场的总投资中,基础结构占15% ～25%,而陆上风电场仅为5%～10%[ 3-4 ] 。因此,发展低成本的海上风电基础结构是降低海上风电成本的一个主要途径。
　　2、海上风电的发展趋势
　　2. 1、风电技术发展迅速,成本持续下降
　　海上风电场总投资成本一般比陆上风电场总投资成本高出2倍左右[ 5 ] ,其中基础、安装及电网接入成本远远大于陆上。虽然建设成本相对较高,但海上风电场拥有优越的风资源,不占用陆地面积等显著优点,它的经济价值和社会价值正得到越来越多的认可。同时海上风电场安装容量的增加、风机尺寸和风机布置规模的扩大、大功率风机的研制开发和安装运输技术的成熟,海上风电成本及运营成本也在逐步下降,海上风电将得到进一步的发展[ 6 ] 。
　　欧盟委托欧洲风能协会制定风机发展的标准和认证体系,协调各个风机制造商,在技术创新的同时,把相对稳定机型和频谱、避免机型出现混乱、增加零部件的通用性和互换性、提高可靠性和稳定性、降低发电成本作为重要目标。过去的发展更多的是依靠技术进步,以后更多的是依赖于规模化、系列化和标准化降低成本。一旦大规模投入市场,通过规模化、系列化和标准化,可以大幅度降低售价,从而降低发电成本。世界风能理事会估计,到2020年,海上风机的造价可以降低40%以上,发电成本可以同幅下降。
　　国外有关机构也对如何降低海上风电成本进行了研究,提出了以下应对措施:提高海上风机的可靠性,延长使用寿命,提高免维护时间,降低维护和维修费用;适当大规模开发,合理安排施工时间;充分利用已知海洋地质和气象资料,减少开发初期投入;适当降低噪声要求和塔架高度,降低造价。