2. 海上風電的未來在深海
“風電產業的發展看海上,海上風電的未來在深海”。目前,在風電資源評估、裝備技術及勘探、施工綜合技術不斷進步的支撐下,海上風電正呈現出由近海向離岸幾十公里的深海方面發展的趨勢。
深海區域意味著更豐富的資源和更廣闊的發展空間。通常,深海區域的風力資源比近海區域更為豐富,據統計,美國海域在水深60~900m處的海上風力資源達到1533 GW,30~60m處的海上風力資源為541GW, 而近海0~30 m的水域只有430GW(見圖1)。根據中國國家發展和改革委員會能源研究所等機構的研究,中國近海10m、20m、30m水深以內的海域風能資源分別約為1 ×108 k W、3 ×108 k W和4.9 ×108 k W,如果按照美國海域的數值比例計算,中國深海60~900m處的海上風能資源將占約17.4 ×108 k W,這就意味著隨著水深和離岸距離的增加,風能儲量將成比例增長。此外,深海風電場不會對海岸景觀、航道和環境等造成不利影響,更有利于科學規劃。
2011年7月,中國國家能源局和國家海洋局聯合制定的《海上風電開發建設管理暫行辦法實施細則》明確提出,海上風電場原則上應在離岸距離不少于10公里、灘涂寬度超過10公里時海域水深不得少于10米的海域布局。隨著淺海域風力發電場日漸難以滿足風能產業發展的要求,海上風電向深海發展已成必然。
3. 海上風電發展現狀及趨勢
3.1 發展現狀
歐洲是世界上海上風電技術發展最早的地區,也是風電技術最成熟的地區。目前全球90%以上的海上風電裝機容量都分布在歐洲。近年來,在歐洲海上風電成功經驗的鼓勵下,近年來, 北美、 亞洲各國也加入到海上風電的開發行列中。2010年中國實現零的突破,建成第一個海上風電項目,同時美國也批準投建100萬千瓦海上風電項目。據全球風能理事會(GWEC)統計,2010年全球風電裝機容量累計達194.4吉瓦,占全球電力需求的2%,按照現在的發展速度,到2020年風能將滿足全球12%的電力需求,到2030年更可達到22%,而在當前陸上風電發展已經觸頂的情況下,海上風電將成為未來風電產業發展的主要增長點。
3.2 發展趨勢
Ø 單機大型化趨勢。為降低單位兆瓦的發電成本,各風電設備制造商紛紛研制大功率
風力發電機組,單機容量由3MW向10MW跳躍式發展,呈現大型化趨勢。
Ø 成本日趨降低,更加注重發電效率。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1~2倍左右,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,而且由于海上風機不受噪音、景觀等環境限制,可以采用更高的風輪轉速,海上風機發電效率更高,從而提高整體海上風電的經濟性。
Ø 新型海上風力發電機組逐步發展。繼直驅永磁風力發電機組成功應用海上之后,采
用“高速同步無刷勵磁全功率變流風力發電技術”等新型技術的海上風力發電機組也得到不斷研發和運行,并不斷呈現出新的發展優勢。
向深海發展趨勢
4. 發展海上風電應立足自主創新
4.1 制約海上風電發展的主要因素
海上風電的開發,一般按照水深和離岸距離,劃分為灘涂,潮間帶,近海大陸架和深海四種。根據目前的技術條件,海上風電主要發展區域為水深<30米的近海區域,≥30米得深海風電仍處于試驗階段。雖然開發商和風電設備制造商已經積累了十多年的海上風電開發經驗,目前不僅海上風電機組的產品和型號不斷增多,對海上風電設備特殊運行條件的認識也更加深入,但是嚴格來說海上風電目前所處的階段還僅是將陸上風機裝在海里,因此海上風電行業的前景雖然廣闊,但要實現這一清潔能源的普及還面臨諸多問題。
Ø 基礎結構設計和建造是制約海上風電發展的重要因素
為了承受海上的強風載荷、海水腐蝕和波浪沖擊等,海上風電機組的基礎遠比陸上的結構復雜、技術難度大、建設成本高,一般來講基礎結構約占海上風電開發成本的1/3左右,而且隨著水深的增加,海上風電基礎結構的成本也會相應增加。目前海上風機多采用重力混凝土和單樁鋼結構基礎設計方案,一般僅限于開發水深20米以內的近海風電,如果水深超過30米,海上風電的基礎成本會迅速增加。為適應更深海域風電的開發,開發商已在積極研發漂浮式結構,這種結構可選擇的概念加多,成本與海底固定的方式接近,受水深和離岸距離的限制小,而且在建設和安裝步驟上有較大彈性,且容易移動或拆卸,目前在挪威已有成功案例,但目前仍處于試驗階段。
Ø 安裝困難,運營維護成本高
海上風電機組在海洋環境中施工難度較高,受天氣,水文,波浪等各種條件的制約,吊裝及維護困難,而且目前海上風電吊裝設備較專業,而且數量不多,專業人員儲備也十分缺乏,使海上風機的吊裝和維護成本較高。據初步統計,海上風電的維修成本相當于陸上風電維修費用的2倍。
Ø 并網困難
和陸上風電一樣,海上風電也將遭遇并網難題,雖然海上風電場一般更靠近電力負荷中心,電網容量大,而且海上風力較為穩定,但仍存在電壓波動、閃變等問題。此外在海底鋪設海底電纜難度較大,使海上風電的并網成本較高。
Ø 投資大,成本高
近幾年來,盡管風電產業發展迅速,海上風電技術也日趨成熟,但海上風電的建設成本仍是陸地風電的2~3倍,投資大,投資回報率不理想仍是阻礙海上風電發展的關鍵問題。
4.2 發展海上風電應立足自主創新
目前,海上風電機組的核心技術仍然掌握在歐美國家手中,其他國家和地區海上風電的發展仍處于起步階段,缺乏強有力的技術支撐。風電作為一個新興產業,每一項新的風電技術都有相應的專利保護,而通過許可證方式的技術引進,是得不到關鍵技術和核心技術的。因此,在借鑒歐洲海上風電先進經驗的基礎上,堅持技術創新,大力發展擁有獨立自主知識產權的海上風電技術已經刻不容緩。整體來講,我國風電的研發資源比較少,自主創新能力不強,在加強行業資源整合的同時,政府應該加大政策扶持力度,以市場換技術,鼓勵和支持有實力、有技術企業的發展,培育我國海上風電技術自主創新能力。這樣,我國海上風電才能走的更快、更好、更強。