我國海上風(fēng)電現(xiàn)狀及分析*

文 鋒（上海電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200025）

?

我國海上風(fēng)電現(xiàn)狀及分析*

文 鋒?
（上海電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200025）

摘 要：海上風(fēng)電是近年風(fēng)電開發(fā)的熱點(diǎn)，本文首先回顧了我國海上風(fēng)電的開發(fā)現(xiàn)狀，從開發(fā)地區(qū)、水深、地質(zhì)條件和基礎(chǔ)形式等角度，總結(jié)了我國海上風(fēng)電的特點(diǎn)；接著對(duì)未來海上風(fēng)電的成本和政府的電價(jià)補(bǔ)貼政策進(jìn)行了展望；最后列舉了一些與海上風(fēng)電相關(guān)的新動(dòng)向。

關(guān)鍵詞：近海；風(fēng)電場(chǎng)；綜述；潮間帶

0 引 言

風(fēng)能是一種分布廣泛的清潔能源，早在公元前就被用于提水、磨面等生產(chǎn)活動(dòng)，然而風(fēng)能用于發(fā)電并使之成為一種電力資源卻源于 1973年爆發(fā)的第一次世界石油危機(jī)，當(dāng)時(shí)歐洲發(fā)達(dá)國家為了擺脫對(duì)石油的依賴，轉(zhuǎn)而尋找新的能源，加大了風(fēng)電的開發(fā)力度［1］，這也成為大規(guī)模開發(fā)風(fēng)電的起點(diǎn)。經(jīng)過四十多年的發(fā)展，風(fēng)電完成了從分散小規(guī)模風(fēng)電到專門大型風(fēng)電場(chǎng)、小功率風(fēng)機(jī)到大功率風(fēng)機(jī)以及從陸上到海上的轉(zhuǎn)變。

風(fēng)電場(chǎng)按位置可分為陸地風(fēng)電場(chǎng)和海上風(fēng)電場(chǎng)。陸地風(fēng)電場(chǎng)安裝、檢修方便，但存在占用土地、靜風(fēng)期多及風(fēng)場(chǎng)湍流強(qiáng)度大、影響風(fēng)機(jī)壽命等問題；相比之下，海上風(fēng)電場(chǎng)有風(fēng)速大、靜風(fēng)期少、湍流強(qiáng)度低和不占用陸地土地的優(yōu)勢(shì)，且海上風(fēng)電一般靠近經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，電力輸送和消納都有保障，不用擔(dān)心棄風(fēng)問題，同時(shí)水路運(yùn)輸便于大功率、大直徑風(fēng)機(jī)的運(yùn)送，風(fēng)機(jī)運(yùn)輸方便。擁有諸多優(yōu)勢(shì)的海上風(fēng)電被認(rèn)為是未來風(fēng)電的發(fā)展方向而備受矚目。

20世紀(jì)90年代歐洲開始建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)，并一直走在全球海上風(fēng)電開發(fā)的前列。截至2014年底，世界海上風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘考s8 759 MW［2］，而絕大部分（約91%）海上風(fēng)電分布在歐洲。我國于2007年安裝了首個(gè)海上試驗(yàn)風(fēng)機(jī)平臺(tái)，目前已有數(shù)個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)投入運(yùn)行，但總體上看，我國海上風(fēng)電起步晚，相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不成熟，發(fā)展道路上的挑戰(zhàn)和機(jī)遇并存。

相比陸地風(fēng)電，海洋環(huán)境的復(fù)雜性和差異性導(dǎo)致海上風(fēng)電從設(shè)計(jì)到施工都存在諸多不確定性，海上風(fēng)電的技術(shù)難度和項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)也明顯增加。本文對(duì)我國海上風(fēng)電的現(xiàn)狀和特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)和分析，從中可看到我國海上風(fēng)電的發(fā)展歷程和特點(diǎn)，可為今后海上風(fēng)電的發(fā)展提供一些參考。

1 開發(fā)現(xiàn)狀

海上風(fēng)電建設(shè)區(qū)域由近及遠(yuǎn)依次為潮間帶，潮下帶灘涂，近海和遠(yuǎn)海區(qū)域。潮間帶是指大潮期的最高潮位和大潮期的最低潮位間的海域；潮下帶灘涂一般指最低潮位到5 m水深內(nèi)的海域；近海一般指最低潮位以下5 m ～ 50 m的海域，遠(yuǎn)海為最低潮位以下50 m及以上水深的海域。目前已建成海上風(fēng)電場(chǎng)均為近海風(fēng)電場(chǎng)。

1.1 概 況

1986年4月，山東榮城陸上風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)發(fā)電，是我國第一個(gè)并網(wǎng)發(fā)電的風(fēng)電場(chǎng)；2007年，中海油公司利用廢棄的渤海灣綏中海上油田導(dǎo)管架基礎(chǔ)，建立了我國第一座海上風(fēng)電風(fēng)機(jī)，裝機(jī)容量1.5 MW，作為試驗(yàn)性海上風(fēng)電項(xiàng)目，拉開了我國海上風(fēng)電開發(fā)的序幕。

我國擁有漫長(zhǎng)的海岸線，海上風(fēng)能資源豐富，根據(jù)2009年國家氣候中心的評(píng)估結(jié)果，離岸50 km范圍內(nèi)的可開發(fā)風(fēng)能資源為7.58億kW·h［3］。豐富的海上風(fēng)能為我國的海上風(fēng)電開發(fā)提供了可能性，經(jīng)過數(shù)年發(fā)展，我國海上風(fēng)電已經(jīng)初具規(guī)模，2007年到 2015年底海上風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘亢彤?dāng)年新增裝機(jī)容量見表 1。由表可知，我國海上風(fēng)電年新增裝機(jī)容量值波動(dòng)較大，但從2010年開始，除2013年外，各年新增電裝機(jī)容量均超過100 MW，2014年新增裝機(jī)容量首次超過200 MW。

表1 我國歷年海上風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘縏able 1 Accumulated installed capacity of offshore wind farm in China

表2 海上試驗(yàn)風(fēng)電項(xiàng)目一覽表Table 2 Testing offshore wind turbines in China

1.2 我國已建成海上風(fēng)電項(xiàng)目

我國海上風(fēng)電項(xiàng)目包括海上試驗(yàn)性風(fēng)機(jī)項(xiàng)目和海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目，目前已建成海上試驗(yàn)風(fēng)機(jī)項(xiàng)目如表2所示，多數(shù)建成于 2014年之前，海上試驗(yàn)風(fēng)電項(xiàng)目所獲得的一手資料可用于評(píng)估該海域風(fēng)電開發(fā)的可行性，為后續(xù)大規(guī)模開發(fā)提供參考和積累經(jīng)驗(yàn)。

到2014年底，除了試驗(yàn)風(fēng)電項(xiàng)目外，我國業(yè)已建成數(shù)個(gè)規(guī)?；暮Ｉ巷L(fēng)電場(chǎng)，如表3中編號(hào)1 ～ 7所示。其中東海大橋一期和二期風(fēng)電場(chǎng)海域水深約為10 m，除此之外，其他已經(jīng)建成的規(guī)?；L(fēng)電場(chǎng)均位于潮間帶。根據(jù)海上風(fēng)電的“雙十”標(biāo)準(zhǔn)：即水深不小于10 m，離岸距離不少于10 km，目前我國所有已建成的海上風(fēng)電場(chǎng)均不滿足這一標(biāo)準(zhǔn)。中廣核如東海上風(fēng)電示范項(xiàng)目是我國第一個(gè)真正滿足“雙十”要求的在建風(fēng)電場(chǎng)，項(xiàng)目區(qū)域水深在4 ～ 15 m之間，距離海岸25 km，該工程已于2015年5月開始樁基施工，9月完成首臺(tái)風(fēng)機(jī)吊裝。

表3中編號(hào)8、9給出了2015年我國已經(jīng)建設(shè)完成的海上風(fēng)電場(chǎng)情況（不含在建風(fēng)電場(chǎng)中已經(jīng)完成部分），其中如東龍?jiān)词痉俄?xiàng)目擴(kuò)建工程（200 MW）完成剩余建設(shè)工作，全部建成投產(chǎn)；由中水新能源公司投資的100 MW的二期80 MW項(xiàng)目也完成建設(shè)，兩個(gè)工程均為潮間帶項(xiàng)目，建成后并網(wǎng)容量共計(jì)224 MW。

表3 我國已建成海上風(fēng)電場(chǎng)一覽表（截至2015年12月）Table 3 Built offshore wind farm in China （up to Dec.， 2015）

1.3 在建和核準(zhǔn)海上風(fēng)電項(xiàng)目

我國目前仍在建設(shè)的海上風(fēng)電場(chǎng)如表4所示，共11個(gè)項(xiàng)目，裝機(jī)總?cè)萘考s為2 307 MW，其中部分開始進(jìn)行基礎(chǔ)施工或安裝風(fēng)機(jī)，已完成安裝風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量為134 MW。表5為目前已經(jīng)核準(zhǔn)的海上風(fēng)電項(xiàng)目，6個(gè)項(xiàng)目共計(jì)1 240 MW，這些項(xiàng)目已經(jīng)完成前期準(zhǔn)備，只要施工條件滿足，即可開工建設(shè)。

2014年 12月能源部公布了《國家能源局關(guān)于印發(fā)全國海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)方案（2014-2016）的通知》［4］，通知中44個(gè)海洋風(fēng)電場(chǎng)入選規(guī)劃名單，裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)10 530 MW，表2 ～ 表5編號(hào)中標(biāo)有“*”均為入選項(xiàng)目。截至2015年12月，規(guī)劃中的44個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目?jī)H有4個(gè)建成、裝機(jī)總?cè)萘?62 MW，在建10個(gè)、裝機(jī)總?cè)萘? 307 MW，待建5個(gè)、裝機(jī)總?cè)萘? 240 MW，其余25個(gè)項(xiàng)目正在開展前期工作。

表4 我國在建海上風(fēng)電場(chǎng)一覽表（截至2015年12月）Table 4 Building offshore wind farm in China （up to Dec， 2015）

表5 核準(zhǔn)待開工海上風(fēng)電場(chǎng)一覽表（截至2015年12月）Table 5 Approved offshore wind farm in China （up to Dec， 2015）

我國已建成海上風(fēng)電場(chǎng)總?cè)萘考s870 MW（見表2和表3），在建風(fēng)電場(chǎng)中已經(jīng)安裝完成部分總?cè)萘考s134 MW（見表4）。截至2015年底，我國已完成安裝海上風(fēng)機(jī)總裝機(jī)容量超過1 000 MW，在建2 300 MW，待開工1 240 MW，但這與“十二五”規(guī)劃［5］中到2015年建成5 000 MW海上風(fēng)電的目標(biāo)仍相距較遠(yuǎn)，總體進(jìn)展較為緩慢；規(guī)劃中的另一個(gè)目標(biāo)：到2020年建成30 GW的海上風(fēng)電，實(shí)現(xiàn)起來也是任重道遠(yuǎn)。

2 特點(diǎn)分析

從2007年第一個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目建成至今，海上風(fēng)電在我國實(shí)現(xiàn)了從無到有，從小到規(guī)模逐現(xiàn)的發(fā)展歷程，縱觀我國建成、在建或規(guī)劃中的海上風(fēng)電項(xiàng)目（見表 2 ～ 表 5），我國海上風(fēng)電建設(shè)的特點(diǎn)分析如下。

2.1 開發(fā)地區(qū)

目前已建成海上風(fēng)電場(chǎng)主要集中于江蘇和上海，兩個(gè)地區(qū)均為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，電力需求大。上海為鼓勵(lì)海上風(fēng)電，對(duì)上網(wǎng)海上風(fēng)電進(jìn)行補(bǔ)貼，每度電補(bǔ)貼0.2元，為期5年，補(bǔ)貼總額不超過5 000萬元；在江蘇如東已建成潮間帶風(fēng)電裝機(jī)容量超過600 MW，實(shí)際上這一地區(qū)風(fēng)資源并非最好，僅為三類風(fēng)場(chǎng)，能獲得如此快速的發(fā)展，與當(dāng)?shù)卣e極引入、鼓勵(lì)海上風(fēng)電的政策分不開。除了這兩地，福建、浙江、河北和廣州等地也都有在建或規(guī)劃的海上風(fēng)電項(xiàng)目，預(yù)計(jì)不久后各沿海省份都將擁有自己的海上風(fēng)電場(chǎng)。

2.2 風(fēng)電場(chǎng)位置

海上風(fēng)資源一般遵循離岸越遠(yuǎn)，資源越好的規(guī)律。我國目前已建或在建風(fēng)電場(chǎng)，均建設(shè)在近海區(qū)域。已建成的海上風(fēng)電場(chǎng)中，上海東海大橋一期和二期水域水深約為10 m，其他均位于潮間帶區(qū)域。從陸上風(fēng)電到海上風(fēng)電，增加潮間帶風(fēng)電作為過渡階段，這既是一種穩(wěn)妥的策略，也是根據(jù)我國海上風(fēng)電安裝技術(shù)現(xiàn)狀做出的折中方案。在建和規(guī)劃的海上風(fēng)電場(chǎng)中，情況有所改觀，項(xiàng)目所在海域最大水深一般超過10 m。如中廣核如東風(fēng)電場(chǎng)最大水深達(dá)15 m，莆田平海灣項(xiàng)目最大水深達(dá)19 m。但也應(yīng)該看到，這與歐洲海上風(fēng)電仍有較大差距，如2013年和2014年歐洲海上風(fēng)電平均水深分別為20 m和22.4 m，離岸距離為30 km和32.9 km［6］，英國Beatrice海上風(fēng)電場(chǎng)水深更是達(dá)到45 m，對(duì)設(shè)計(jì)和施工均提出了新的挑戰(zhàn)。

2.3 地質(zhì)條件

我國近海區(qū)域海床表層土多為淤泥或粉質(zhì)黏土，含水量高，承載力小，且厚度較大，工程力學(xué)性質(zhì)差，風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)在風(fēng)、波浪、流等荷載作用下，產(chǎn)生巨大的水平力和傾覆力，為抵抗這些作用力，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)必須伸入到更深層的海床土中。在歐洲，海上風(fēng)電海域的海床基本以砂質(zhì)海床為主，承載力高，在相同荷載工況條件下，我國海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的建設(shè)成本將更高。

值得注意的是，早期海上風(fēng)電場(chǎng)所采用風(fēng)機(jī)單機(jī)容量一般不超過3 MW，而目前在建海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)單機(jī)主流容量為4 MW ～ 5 MW，單機(jī)容量的增加，意味著更大的傾覆力，基礎(chǔ)的尺寸也必須相應(yīng)增加，中廣核如東海上風(fēng)電項(xiàng)目選用4 MW風(fēng)機(jī)，單樁基礎(chǔ)最大直徑已經(jīng)達(dá)到6.7 m，樁長(zhǎng)94 m。對(duì)于單樁，因?yàn)楹４矖l件差，表層的淤泥質(zhì)土約束力幾乎可以忽略，也意味著樁基懸空段增加，樁基承載力也會(huì)因此降低，DNV規(guī)范［7］中認(rèn)為單樁基礎(chǔ)適用于25 m以內(nèi)水深的原則，在我國海上風(fēng)電開發(fā)中需要慎重對(duì)待。

2.4 基礎(chǔ)形式

海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式選擇要考慮多方面因素：一方面海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)投資占總投資的20% ～ 30%，必須考慮基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)性以控制建設(shè)成本；另一方面，海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)施工環(huán)境不同于陸上，施工難度大，必須考慮運(yùn)輸方式和安裝條件。目前海上風(fēng)電常用固定式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)包括：?jiǎn)螛痘A(chǔ)、多樁承臺(tái)基礎(chǔ)、三腳或多腳架基礎(chǔ)、導(dǎo)管架基礎(chǔ)、重力式基礎(chǔ)和吸力桶基礎(chǔ)［8-9］，以上基礎(chǔ)適用于50 m以內(nèi)的水深環(huán)境，而50 m以外水深固定式基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)性較差，一般認(rèn)為應(yīng)該采用漂浮式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)。

以上固定式基礎(chǔ)在我國海上風(fēng)電試驗(yàn)項(xiàng)目或風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中均得到了應(yīng)用。值得一提的是，在如東潮間帶試驗(yàn)風(fēng)電項(xiàng)目中，混凝土承臺(tái)基礎(chǔ)、多腳架基礎(chǔ)及單樁基礎(chǔ)先后被應(yīng)用于該試驗(yàn)項(xiàng)目［10］，為后來潮間帶風(fēng)電開發(fā)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。而帶有本土特色的高樁承臺(tái)基礎(chǔ)首次被用于東海大橋一期項(xiàng)目，該區(qū)域水深約為10 m，通過出水面高樁使承臺(tái)露出水面，降低了波浪對(duì)承臺(tái)的作用力，便于混凝土承臺(tái)的施工，同時(shí)避免了水下灌漿，減小了施工難度，但高樁承臺(tái)中作用在群樁上的波流等海洋荷載較大，影響其經(jīng)濟(jì)性，選用時(shí)應(yīng)加以考慮。

單樁基礎(chǔ)是目前世界上應(yīng)用最多的海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式，近幾年歐洲新增海上風(fēng)電場(chǎng)80%以上采用了這種基礎(chǔ)形式，其優(yōu)勢(shì)在于：在工廠預(yù)制可以保證鋼管樁質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)施工程序相對(duì)簡(jiǎn)單，工作量較其他基礎(chǔ)小，是一種十分經(jīng)濟(jì)可靠的基礎(chǔ)形式?？紤]到我國海上風(fēng)電場(chǎng)都位于近海淺水區(qū)，理論上很適合單樁基礎(chǔ)，然而目前單樁基礎(chǔ)在我國海上風(fēng)電中的應(yīng)用并不普及。究其原因在于我國缺少大型單樁的施工器械，同時(shí)潮間帶較淺的水深也使得施工船航行困難，今后隨著海上單樁基礎(chǔ)施工力量的增強(qiáng)和海上風(fēng)電向深水區(qū)邁進(jìn)，單樁基礎(chǔ)在我國海上風(fēng)電中的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。

3 展 望

海上風(fēng)電是一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)和高投入的項(xiàng)目，我國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀與規(guī)劃間的差距也說明發(fā)展過程中難免遇到各種不可預(yù)見的問題。積累開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，關(guān)注和借鑒國際海上風(fēng)電的動(dòng)態(tài)和經(jīng)驗(yàn)，降低海上風(fēng)電投資成本，將是今后我國海上風(fēng)電開發(fā)工作中的重要內(nèi)容。

3.1 建造成本

到目前為止，海上風(fēng)電發(fā)展最大的問題依舊是成本問題。目前陸上風(fēng)電千瓦投資約為8 000元，但從表3 ～ 表4中可以看到，海上風(fēng)電每千瓦的投資少則16 000元，多則高達(dá)22 000元，因?yàn)榄h(huán)境改變引起的成本增加成為掣制海上風(fēng)電發(fā)展的最主要因素。

對(duì)于海上風(fēng)電成本的未來發(fā)展，可以分別參考近年來陸上風(fēng)電成本和海上風(fēng)電成本變化趨勢(shì)。對(duì)于陸上風(fēng)電，2009年投資成本約為10 000元/kW，經(jīng)過幾年迅速發(fā)展，到2015年，投資降為約8 000 元/kW，下降了20%，規(guī)?；l(fā)展帶來了明顯的成本下降。對(duì)于海上風(fēng)電，以東海大橋海上風(fēng)電一期和二期為例，這兩個(gè)工程所處地段和自然條件相近，裝機(jī)容量也很接近（分別為102 MW和102.2 MW），一期建成于2010年，是我國第一個(gè)大規(guī)模海上風(fēng)電場(chǎng)，當(dāng)時(shí)千瓦成本為23 186 元/kW［11］，二期建成于2014年，投資成本為19 207 元/kW，相比于一期，投資成本降低了17%，降幅明顯。

國外對(duì)未來海上風(fēng)電投資成本也有分析。根據(jù)英國Crown Estate集團(tuán)的研究報(bào)告［12］和歐洲能源協(xié)會(huì)（EWEA）2015年的報(bào)告［13］，認(rèn)為到2030年通過采取措施，可使海上風(fēng)電成本降低25%。這些措施包括：①采用大功率海上風(fēng)機(jī)，提高風(fēng)能利用率（9%）；②鼓勵(lì)競(jìng)爭(zhēng)，提高效率（7%）；③海上風(fēng)電不斷擴(kuò)容，使海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)化（7%）；④完善風(fēng)機(jī)供應(yīng)及安裝供應(yīng)鏈（3%）。

綜上所述，未來海上風(fēng)電投資成本還將有較大的下降空間，其下降水平與海上風(fēng)電及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展密切相關(guān)，相互影響，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；_發(fā)將是海上風(fēng)電成本下降的關(guān)鍵因素。

3.2 電價(jià)補(bǔ)貼

在推動(dòng)海上風(fēng)電發(fā)展方面，我國采用政府補(bǔ)貼、提高上網(wǎng)電價(jià)來鼓勵(lì)海上風(fēng)電投資。除了國家層面的補(bǔ)貼，有的地區(qū)為了吸引海上風(fēng)電投資入駐當(dāng)?shù)?，?duì)建設(shè)在該地區(qū)的海上風(fēng)電進(jìn)行再次補(bǔ)貼或提供優(yōu)惠條件。這種做法其實(shí)并非我國獨(dú)創(chuàng)，英國作為世界上海上風(fēng)電裝機(jī)容量最大的國家，為了利用北海和波羅的海豐富的風(fēng)能，也出臺(tái)了類似的海上風(fēng)電補(bǔ)貼政策。隨著海上風(fēng)電單位成本的降低，英國于2015年開始降低對(duì)海上風(fēng)電的補(bǔ)貼力度，目標(biāo)很明確：從扶著走路，到讓海上風(fēng)電真正自立行走，自負(fù)盈虧，未來取消政府補(bǔ)貼將是必然。

分析英國對(duì)海上風(fēng)電的補(bǔ)貼政策變化，可為我國的海上風(fēng)電政府補(bǔ)貼發(fā)展趨勢(shì)提供參考：補(bǔ)貼會(huì)隨著海上風(fēng)電成本的降低而逐漸減少，補(bǔ)貼額度與海上風(fēng)電發(fā)展速度相關(guān)，海上風(fēng)電越快，必然帶來規(guī)?；a(chǎn)，成本也會(huì)相應(yīng)降低，補(bǔ)貼額度也會(huì)隨之減少。當(dāng)政策補(bǔ)貼取消時(shí)，說明海上風(fēng)電已經(jīng)到了可以實(shí)現(xiàn)與其他類型電力相競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)候，此時(shí)海上風(fēng)電的清潔能源屬性將進(jìn)一步促進(jìn)海上風(fēng)電的發(fā)展，迎來真正的海上風(fēng)電時(shí)代。

3.3 技術(shù)動(dòng)態(tài)

通過降低海上風(fēng)電成本以增加海上風(fēng)電的競(jìng)爭(zhēng)力，是未來海上風(fēng)電發(fā)展的主要任務(wù)。通過減少現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量、提高風(fēng)機(jī)效率及獲得更好的風(fēng)能資源等方法可以有效降低海上風(fēng)電成本，目前在這些方面已有一些嘗試，包括一體化風(fēng)機(jī)施工、智能風(fēng)機(jī)和漂浮式海上風(fēng)電裝置。

（1）一體化風(fēng)機(jī)

海上施工環(huán)境較陸地苛刻，安裝效率低，成本高，海上風(fēng)電安裝施工應(yīng)該盡量減少海上施工部分占施工總量的比重。例如單樁基礎(chǔ)，大部分工作在陸地上完成，海上施工較其他基礎(chǔ)施工簡(jiǎn)單，是目前海上風(fēng)電中采用最多的一種基礎(chǔ)。

2010年出現(xiàn)了一種采用復(fù)合筒作為基礎(chǔ)的整機(jī)一體化風(fēng)機(jī)，該基礎(chǔ)采用樁基與桶基礎(chǔ)的結(jié)合，兼有單樁基礎(chǔ)和重力式基礎(chǔ)的特點(diǎn)。該項(xiàng)技術(shù)最大的特點(diǎn)是將傳統(tǒng)需要海上安裝的工作幾乎全部在陸地進(jìn)行，風(fēng)機(jī)在海上的安裝在數(shù)小時(shí)內(nèi)即可完成，像“種樹”一樣安裝風(fēng)機(jī)，極大提高了安裝效率，降低了海上風(fēng)電的成本，有望成為未來海上風(fēng)電的一個(gè)新發(fā)展趨勢(shì)。

（2）智能風(fēng)機(jī)

提高風(fēng)機(jī)發(fā)電量比較直觀的方法是增大風(fēng)機(jī)葉片直徑，通過增大掃風(fēng)面積以提高捕風(fēng)量，因此大功率風(fēng)機(jī)是風(fēng)機(jī)發(fā)展的一個(gè)方向。目前單機(jī)裝機(jī)容量最大已經(jīng)超過6 MW，葉片直徑超過130 m，但智能風(fēng)機(jī)卻是從提高風(fēng)能轉(zhuǎn)化率角度來提高風(fēng)機(jī)效率。

風(fēng)機(jī)在風(fēng)速達(dá)到某一風(fēng)速時(shí)風(fēng)機(jī)達(dá)到額定發(fā)電功率，即為滿發(fā)狀態(tài)，此時(shí)風(fēng)速被稱為額定風(fēng)速。為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)滿發(fā)，當(dāng)風(fēng)速大于額定風(fēng)速時(shí)，必須將部分風(fēng)能卸掉，而當(dāng)風(fēng)速小于額定風(fēng)速時(shí)，需盡可能的捕獲風(fēng)能。為了提高風(fēng)能轉(zhuǎn)換率，通過分析、預(yù)測(cè)時(shí)刻變化風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速來智能調(diào)控風(fēng)機(jī)葉片的角度使風(fēng)機(jī)達(dá)到滿發(fā)狀態(tài)，這就是智能風(fēng)機(jī)。

智能風(fēng)機(jī)的功率預(yù)測(cè)是關(guān)鍵，而預(yù)測(cè)必須得到實(shí)測(cè)的風(fēng)速數(shù)據(jù)，獲得風(fēng)場(chǎng)的變化“習(xí)性”。研究表明智能風(fēng)機(jī)發(fā)電效率相比傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)可提高20%，其效益相當(dāng)可觀。

（3）漂浮式海上風(fēng)電場(chǎng)

目前海上風(fēng)電場(chǎng)都建在水深不超過 50 m的近海區(qū)域，采用固定式基礎(chǔ)，而未來海上風(fēng)電有望走向超過50 m水深地區(qū)，固定式基礎(chǔ)將變得非常不經(jīng)濟(jì)，漂浮式基礎(chǔ)將更具競(jìng)爭(zhēng)力。漂浮式海上風(fēng)電場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)包括：①離海岸遠(yuǎn)，風(fēng)能更豐富； ②漂浮式風(fēng)機(jī)便于運(yùn)輸，出現(xiàn)故障便于回廠維修；③采用錨鏈固定的漂浮體，可反復(fù)利用；④為近海海水較深的地區(qū)開發(fā)海上風(fēng)電提供了解決方案，如日本和美國的部分海域。

漂浮式海上風(fēng)電作為概念很早就被提出，但目前漂浮式海上尚在試驗(yàn)之中。挪威、日本等國目前都建立起了漂浮式試驗(yàn)風(fēng)機(jī)，功率分別為 2.3 MW 和2 MW，英格蘭政府于2015年11月批準(zhǔn)建立一個(gè)由5臺(tái)漂浮式風(fēng)機(jī)組成的漂浮式海上風(fēng)電場(chǎng)，是同類型海上風(fēng)電場(chǎng)中總裝機(jī)容量最大的一個(gè)。

漂浮式海上風(fēng)電場(chǎng)目前還有些技術(shù)難題需要解決，例如風(fēng)電場(chǎng)一般遠(yuǎn)離海岸，必須考慮電力的輸送和變電問題。DNV首個(gè)漂浮式海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［14］已于2013年推出，這將為漂浮式海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)計(jì)開發(fā)提供有力的技術(shù)支持。

4 結(jié) 語

總結(jié)了國內(nèi)海上風(fēng)電現(xiàn)狀，分析了海上風(fēng)電項(xiàng)目地域、水深、地質(zhì)條件、基礎(chǔ)形式等方面的特點(diǎn)；討論了海上風(fēng)電成本、政府補(bǔ)貼及風(fēng)電技術(shù)動(dòng)向。通過對(duì)比，得出海上風(fēng)電成本未來會(huì)進(jìn)一步降低，政府對(duì)海上風(fēng)電電價(jià)的補(bǔ)貼力度將會(huì)隨著海上風(fēng)電的發(fā)展將降低的結(jié)論。未來海上風(fēng)電走向深海、采用智能風(fēng)機(jī)和一體化風(fēng)機(jī)，可望成為降低海上風(fēng)電成本的重要手段，引領(lǐng)未來海上風(fēng)電開發(fā)的新方向。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 施鵬飛. 從世界發(fā)展趨勢(shì)展望我國風(fēng)力發(fā)電前景［J］.中國電力， 2003， 36（9）: 54-62.

［2］ GWEC. Global wind report 2014-Annual market update［R/OL］. 2014. http://www.gwec.net/publications/ global-wind-report-2/global-wind-report-2014-annual-m arket-update/.

［3］ 徐濤. 我國海上風(fēng)電現(xiàn)狀［J］. 風(fēng)能產(chǎn)業(yè)， 2013（7）: 8-12.

［4］ 國家能源局. 國家能源局關(guān)于印發(fā)全國海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)方案（2014-2016）的通知［R］. 北京: 國家能源局，2014.

［5］ 國家能源局. 國家能源局關(guān)于印發(fā)《風(fēng)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃》的通知［R］. 北京: 國家能源局， 2012.

［6］ EWEA. Infographic on the 2013/2014 offshore statistics［R/OL］. 2014. http://www.ewea.org/statistics/ offshore/.

［7］ DNV. Design of offshore wind turbine structures: DNV-OS-J101［S］. Oslo: Det Norske Veritas， 2014.

［8］ 黃維平， 劉建軍， 趙戰(zhàn)華. 海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］. 海洋工程， 2009， 27（2）: 130-134. DOI: 10.3969/j.issn.1005-9865.2009.02.021.

［9］ 邢作霞， 陳雷， 姚興佳. 海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)的選擇［J］. 能源工程， 2005（6）: 34-37. DOI: 10.3969/j.issn. 1004-3950.2005.06.008.

［10］ 薛辰. 龍?jiān)春Ｉ巷L(fēng)電: 試驗(yàn)看未來［J］. 風(fēng)能， 2014（3）: 24-30. DOI: 10.3969/j.issn.1674-9219.2014.03.019.

［11］ 林志遠(yuǎn). 海上風(fēng)電項(xiàng)目的投資成本分析［J］. 風(fēng)能，2014（4）: 48-51. DOI: 10.3969/j.issn.1674-9219.2014. 04.027.

［12］ Crown Estate. Offshore wind cost reduction pathways study［R］. 2012. （請(qǐng)核對(duì)出版信息）

［13］ EWEA. Offshore Wind in Europe: Walking the tightrope to success［R/OL］ 2015. http://www.ewea.org/fileadmin/ files/library/publications/reports/EY-Offshore-Wind-in-E urope.pdf.

［14］ DNV. Design of Floating Wind Turbine Structures: DNV-OS-J103［S］. Oslo: Det Norske Veritas， 2013.

Developments and Characteristics of Offshore Wind Farms in China

WEN Feng
（Shanghai Electric Power Design Institute Co.， LTD， Shanghai 200025， China）

Abstract：Offshore Wind Farm （OWF） becomes hot topic in recent years. At the very beginning， developments of OWF in China are reviewed. The characteristics of Chinese OWFs are then discussed based on location， water depth， geological conditions and types of foundation. Later， the investment of OWF and subsidy from government are forecasted by analogies and comparisons. At last， many new progresses are presented.

Key words：offshore zone； wind farm； review； inter-tidal zone

中圖分類號(hào)：TK89；P752

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.2095-560X.2016.02.012

文章編號(hào)：2095-560X（2016）02-0152-07

* 收稿日期：2016-01-02

修訂日期：2016-02-14

通信作者：?文 鋒，E-mail：wenmail@126.com

作者簡(jiǎn)介：

文 鋒（1983-），男，博士，工程師，主要從事海洋巖土及新能源研究。