福建海域海上風能資源開發(fā)的難點與建議*

耿克紅

?

福建海域海上風能資源開發(fā)的難點與建議*

耿克紅

福建省投資開發(fā)集團有限責任公司

福建海域受“狹管效應”影響，風能資源豐富，但也受各種制約因素及臺風等惡劣海洋水文氣象條件影響，面臨著可開發(fā)海域少、施工條件困難、成本高、效率低等迫切需要解決的重大問題。

福建 海上風能 資源開發(fā)

風力發(fā)電是新能源領域中技術最成熟、最具規(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。與陸上風電場相比，海上風電場具有風資源優(yōu)越、環(huán)保、節(jié)約土地、規(guī)模大等優(yōu)勢，海上風電場建設將成為今后世界風電發(fā)展的重點。福建省海域廣闊、海岸線長，全省海域面積有13.6萬km2，海岸線總長6128km，風能資源豐富，風能理論蘊藏量大，開發(fā)海上風電具有得天獨厚的條件。福建沿海受季風氣候影響，風資源總體上豐富，其中閩江口以南至廈門灣部分位于臺灣海峽中部，受臺灣海峽“狹管效應”的影響，其年平均風速大（超過8.0m/s），風向穩(wěn)定，是全國風資源最豐富的地區(qū)之一，廈門以南地區(qū)與閩江口以北地區(qū)近海風資源也較為豐富。福建省近海區(qū)域靠近電網負荷中心，接入線路短，施工交通條件較好，具有較好的海上風電場建設條件，適合大規(guī)模開發(fā)海上風電。

1 國內外及福建海上風電開發(fā)現狀

20世紀80～90年代，歐洲遵循從試驗到示范、再到商業(yè)化的技術發(fā)展路線，分階段開發(fā)建設了一批不同規(guī)模的海上風電項目。2000年，在海上風電開發(fā)進入商業(yè)化示范階段以來，在大型示范項目的推動下，海上風電裝機總量穩(wěn)步增加。據統(tǒng)計，到2010年底全球海上風電裝機容量已經達到211萬kW，約占世界風電裝機總量的1.5％以上。目前丹麥、荷蘭、瑞典、英國、愛爾蘭等國商業(yè)化運行的海上風電場達22座；德國、法國、意大利、比利時、日本也都建成或在建海上試驗風電場；最近美國也開始重視海上風電的開發(fā)，并計劃建成裝機容量為42萬kW的世界最大海上風電場?？梢钥闯?，海上風電呈現出了前所未有的強勁發(fā)展勢頭。

相對歐洲等發(fā)達國家，我國海上風電起步較晚，2005年國家《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》中提出，要在蘇滬海域和浙江、廣東沿海，探索近海風電開發(fā)的經驗，打造百萬千瓦級海上風電基地。據此，廣東、上海、浙江、海南、河北、山東等沿海省份都分別制定了海上風電發(fā)展規(guī)劃。其中，以江蘇省海上風電規(guī)劃最具有代表性，根據其規(guī)劃，到2020年該省近海風電裝機容量將達700萬kW，遠期海上風電裝機達1800萬kW，江蘇沿海將打造成風電“海上三峽”。近期，我國一些海上風電項目相繼成型，河北、山東、江蘇、浙江、廣東等省的海上風資源測評工作陸續(xù)展開，我國第一個海上風力發(fā)電場——上海東海大橋風電場示范項目也順利投入運營。另外，上海奉賢、南匯海上風電場以及江蘇響水、浙江慈溪海上風電場等項目已開始前期籌備工作。

福建省作為我國海上風能資源較為豐富的地區(qū)之一，目前也在抓緊制定海上風電開發(fā)規(guī)劃，預計在“十二五”期間，福建海上風電將取得突破性進展。

2 福建海上風電開發(fā)面臨的關鍵問題

2.1 海上風資源好，但風能資源可開發(fā)面積小

眾所周知，受臺灣海峽“狹管效應”影響，我省海上風電資源極為豐富，但由于福建沿海是我國較為發(fā)達地區(qū)之一，工業(yè)相對較為發(fā)達，因此，福建省海上風電開發(fā)用海受制約因素較多。據了解，扣除各種制約因素，目前福建省海上風能可開發(fā)面積較小，若不充分高效利用風能資源可開發(fā)海域，與江蘇、浙江、山東等兄弟省相比，我省海上風電可開發(fā)容量相對較小。

2.2 外海施工條件惡劣，可施工窗口期短，且存在較大施工安全隱患

受臺灣海峽“狹管效應”影響，福建沿海海域是全國沿海海洋氣候最為惡劣的地區(qū)，冬季平均浪高在2.0m以上，7～9月多熱帶氣旋，每年受熱帶風暴和臺風影響平均5～6次，中心通過平均2次。夏季受熱帶風暴潮影響，浪高最高達8～10m。特有的海洋氣候，使我省海上風電項目施工條件惡劣，可施工窗口期短，造成項目施工成本較高，且易產生較大的施工安全隱患，這給我省海上風電項目的安全、高效施工提出了嚴峻的研究課題。

2.3 項目生命周期結束后拆除困難

海上風電項目在生命周期結束后，為使通航安全或海域其他開發(fā)使用，或恢復原有海洋環(huán)境，海上風機及基礎需及時拆除，據了解，樁基礎應使海底平面以下2～5m范圍內的基礎全部拆除，因此，由于外海作業(yè)困難，因此拆除難度大，拆除成本高。拆除問題是目前國內外風電開發(fā)商尚未解決的重大課題，如沒有合理的拆除方案，不但造成風機及基礎拆除成本高昂，而且也會對海上通航安全產生較大影響。

2.4 項目開發(fā)成本高

據估計，風機基礎施工和海上風機安裝成本約占海上風電開發(fā)總成本的25%～30%以上，因此，權威專家一致認為，風機基礎施工和海上風機安裝是目前制約海上風電開發(fā)成本居高不下的重要因素，有必要對海上風機基礎和安裝技術進行深層次的探索和研究。

2.5 環(huán)保問題不容忽視

目前較為傳統(tǒng)的海上風電施工作業(yè)方式是，利用大型打樁船、浮吊、運輸船等船只在海上作業(yè)施工，大量尾氣的排放和潛在的燃油泄漏問題將可能對海洋環(huán)境產生不利影響。

3 技術解決路徑

3.1 采用大功率風力發(fā)電機組，有效利用可開發(fā)海域

目前我省海上風電規(guī)劃按3MW風機布置，總裝機容量約為500萬kW，但如果我省海上風電項目全部采用5MW以上大功率風機機組，粗估我省海上風電可開發(fā)裝機容量可提高50%，使我省海上風電可開發(fā)海域得到充分高效利用。因此，在大功率風機技術成熟條件下，我省海上風電開發(fā)建設有必要推廣使用大功率風電機組。目前，海上風機向大功率發(fā)展成為主流，國外repower等公司生產的5MW風機已在海上投入使用，國內湘電、華銳、金鳳科技等公司研發(fā)的5MW以上海上風機相繼下線，雖然國內5MW風機尚未投入使用，但這都使本項目采用大功率機組成為可能。

3.2 充分利用先進的研究成果，與科研機構合作，推動產學研結合，加強對我省海上風電基礎設計、施工和風機安裝等關鍵技術進行研究

目前，國內外科研機構都十分重視海上風電關鍵技術研究，已取得了階段性成果，在眾多的研究成果中，以天津大學道達海上風電研究院的研究成果最為突出。天津大學道達海上風電研究院是道達重工（集團）和天津大學聯(lián)合成立的海上風電研究院，該院以杰出青年科學家練繼建領銜，曹楚生、謝世楞、韓其為三位院士為顧問，已成功研制出具有自主知識產權的“復合筒型基礎與整機安裝技術”（CBFI?），該技術是將風機基礎施工及風機安裝等大量工作移至岸邊完成，用建造的特種船舶運至項目現場并利用負壓施工技術一次性整體建設，大大縮短外海施工周期，降低外海施工隱患，在項目生命周期結束時，再利用正壓技術將風機和基礎整體拔出運至岸邊處理，整個外海施工過程不需大量施工船只，不易造成環(huán)境污染，據估計該項技術可使海上風機基礎和安裝節(jié)省成本約30%～50%，具有世界領先性。目前，其采用湘電2.5MW風機建設的1臺試驗樣機已在江蘇啟東成功投入使用，現正進行原型觀測和各項試驗?？梢灶A見，該設計和施工技術具有較好的應用前景。

4 幾點建議

4.1 確立海上風電在我省未來能源戰(zhàn)略中的重要地位，制定發(fā)展目標。鑒于福建海上風能資源豐富，在福建缺油少煤等先天不足條件下，充分利用風能資源尤為重要，但我省陸上風資源開發(fā)利用具有較大的局限性。因此，建議把海上風電作為我省未來風能利用的重要方向，確立其在我省能源戰(zhàn)略中的重要地位，制定出中長期發(fā)展目標。

4.2 借鑒上海、江蘇、廣東等兄弟省份經驗，做好海上風資源詳查和開發(fā)專題規(guī)劃。由于海上風電投資風險大，做好風資源評估和規(guī)劃尤為重要，建議由行業(yè)主管部門主導，盡快完成近福建海上風電規(guī)劃工作，規(guī)劃要做到有限資源充分合理利用。

4.3 積極開展海上風電試驗示范項目，研究海上風電開發(fā)關鍵技術，積累海上風電開發(fā)建設經驗。鑒于開發(fā)海上風電具有較大的風險性，本文認為我省海上風電開發(fā)也不可冒進，建議我省海上風電開發(fā)也遵循先試驗、再示范、后商業(yè)推廣的技術路線。

4.4 制定我省支持海上風電發(fā)展的政策，將海上風電關鍵技術研究作為我省“十二五”科技重大研究項目，省科技主管部門和財政主管部門研究撥付必要的科研經費，進行科技攻關，并積極爭取國家相關部門的技術和財政支持。

基金項目：中國政府/世界銀行/全球環(huán)境基金中國可再生能源規(guī)?；l(fā)展項目（A2-B11.3-SG-2009-001）。