海上风电场的开发现状与展望.docx
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海上风电场的开发现状与展望
海上风电场的开发现状与展望
风力发电世界上发展最快的绿色能源技术，在陆地风电场建设快速发展的同时，人们已经注意到陆地风能利用受到的一些限制。
由于海上丰富的风能资源和当今技术的可行性，海洋将成为一个迅速发展的风电市场，欧美海上风电场已处于大规模开发的前夕。
第一节概述
1.1.1研究背景
20世纪70年代石油危机以后，开始了风能利用的新时代。
在一些地理位置不错的陆地上，风能的开发具有一定的经济价值，而人们在另外一个前沿，发现开发风力发电的经济性也相当不错：
海上风能
世界上很多国家开始制定计划，考虑开发海上风电场。
海上风电场的风速高于陆地风场的风速，但海上风电场与电网的联接的成本比陆地风电场要高。
兆瓦级的风机，廉价的基础以及关于海上风条件的新知识更加提高了海上风电的经济性。
研究人员和开发者们将向传统的发电技术进行挑战，海上风力发电迅速发展成为其他发电技术的竞争对手。
海上风电场的开发主要集中在欧州和美国。
大致可分为五个不同时期：
欧洲对国家级海上风电场的资源和技术进行研究（1977-1988年）；
欧洲海上风电场技术研究，并开始实施第一批示范计划（1990-1998年）；
中型海上风电场建设（1991-1998年）；
大型海上风电场建设并开发大型风力机（1999-2005年）；
大型风力机海上风电场建设（2005年以后）。
世界上第一座海上风场于1991年开始运行，建有11台海上风力涡轮发电机组，安装在丹麦的Vendeby。
目前所有的海上风电场都在欧美，截止到2007年底，总共在5个欧洲国家建成了22个海上风电项目，累计装机容量近1103MW，已经投产运行的海上风电场数据见下表。
虽然只占风电总装机容量的1.8%，这些海上风电项目所生产的电力占欧洲总风电输出的3.3%。
表1.1海上风电场投产数据表
风电机组
海水深度
（英尺）
离岸距离
（公里）
MW
年度
Vindeby（DK）
11×450KW,Bonus
2.5-5.1
2.3
4.95
1991
Lely（Ijsselmeer）（NL）
4×500KW,NEGMicon
5-10
﹤1
2
1994
TunoKnob（DK）
10×500KW,Vestas
2.5-7.5
5-6
5
1995
Dronton（Ijsselmeer）（NL）
28×600KW,NEGMicon
5
﹤0.1
16.8
1996
Bockstigen（S）
5×500KW,NEGMicon
6
3
2.75
1997
Blyth（UK）
7×1.5MW,GEWind
6-11
﹤1
4
2000
Utgrunden（Oland）（S）
2×2MW,Vestas
7-10
8
10.5
2000
Middelgrunden（DK）
20×2MW,Bonus
3-6
1.5-2.5
40
2000
YttreStengrund（S）
5×2MW,NEGMicon
6-10
5
10
2001
HornsRev（DK）
80×2MW,Vestas
6-14
14-20
160
2002
Samso（DK）
10×2.3MW,Siemens
18-20
3-6
23
2002
Ronland（DK）
MixofVestasandSiemens
﹤1
﹤1
17.2
2003
Frederishavn（DK）
MixofVestasandSiemens
1-3
﹤1
7.6
2003
NorthHoyle（UK）
30×2MW,Vestas
12
6-8
60
2003
ArklowBank（UK）
7×3.6MW,GEWind
2-5
10
25.2
2003
Nysted（DK）
72×2.3MW,Siemens
6-9.5
10
166
2003
ScrobySanda（UK）
30×2MW,Vestas
2-8
3
60
2004
KentishFlat（UK）
30×3MW,Vestas
5
8.5
90
2005
Barrow（UK）
30×3MW,Vestas
21-23
7.5
90
2006
NSW（NL）
30×3MW,Vestas
19-22
10
108
2006
Lillgrunden（S）
48×2.3MW,Siemens
3-6
7-10
110
2007
BurboBank（UK）
24×3.6MW,Siemens
2-8
5-7
90
2007
2008年和2009年都将成为欧洲海上发电发展的最快增长年度，计划新增装机容量达到1507.5MW。
瑞典的110WMLilleGrund项目安装了48台2.3MW风机，计划本年底竣工。
丹麦计划在未来几年内新建两座大型海上风电场—HornsRev2和Rodsand2,使得海上风电场总数到达10个，这两个都是200MW规模的海上风电场，装有90台风电机组。
Rodsand2海上风电场已经得到丹麦政府的批准，最大的国际电力公司EON希望在2009年开始建设该214MW规模的项目，该项目将由90台2.3MW机组和三台5MW级的风机样机组成。
最近，英国批准了在爱尔兰海域建设一座450MW规模的Walney海上风电场。
该项目由DongEnergy公司承建，预计总投资达9亿英镑。
一期装机44台风机，规模约为106MW，计划于2010年到2011年间发电。
二期项目将根据陆地电网发展情况而定，同时想等待更高容量的新一代5MW风电机组趋于成熟。
位于；北海德国海岸100公里以外的Borkum风电场是世界上离岸最远的海上风场，其装机容量为240MW，计划于2009年9月投产，该风场将应用全新的高压直流（NVDC）输电技术，以提高电网稳定性。
在过去的几年里，全球海上风电装机容量每年都有100MW到200MW的增长规模，从2000年到2007年间，平均年装机容量增长58%.
根据欧洲海上风电的有限分布、历史趋势、风资源潜力、规划项目、产业概况以及欧盟成员国的产业政策等因素，欧洲风能协会（EWEA）预测，到2010年，欧洲的海上风电装机容量将达到3.5GW。
从长远来看，目前投产的和规划的海上风电规模在2015年可达到15GW，欧洲风能协会估计，如果能都克服现有障碍，到2020年欧洲海上风电规模可达到40GW，发电量占欧洲电力生产总量的4%。
海上风能利用的覆盖率很大程度上取决于技术发展。
供应链的发展也非常重要，因为需求大于供给，供应链瓶颈问题日益突出。
预计在两年后瓶颈问题将出现缓和，部分风机制造商纷纷加大投资力度，扩大产能，单机规模的扩大也对缓解瓶颈问题起到一定作用，风机制作商Repower和Multibrid的5MW规模的海上风机都在德国的Bremerhaven港建设了生产基地，每个公司都计划到2010年年生产100台风机。
考虑到所涉及供应链的规模和复杂程度，这是个了不起的壮举。
我国的近海蕴含着非常丰富的风能资源，具体储量目前尚无确切数据，各家研究机构都在推动该项研究工作，从初步研究成果来看我国海上风能有巨大的开发前景，尤其是东南沿海一带，是全国的用电负荷中心，也属于风能资源非常丰富的地区，风能密度大约300w/m2，有效风时（≥3m/s）达7760h以上。
这些沿海地区（包括近海和滩涂）正逐渐成为开发风电的热土，近海风电必将成为其可持续发展的重要能源来源。
2007年6月我国颁布了《可再生能源中长期发展规划》，该规划提出到2010年全国风电总装机容量达到500万KW，并建成1-2万个10万KW级海上风电试点项目；到2020年全国风机总装机容量达到3000万KW，并建成100万KW海上风电。
2007年启动的“国家科技支撑计划”将能源作为重点领域，提出要在“十一五”期间组织实施“大功率风机组研制与示范”项目，组建近海试验风电场，形成海上风电技术。
同年，我国首个经国家发展和改革委员会核准的海上风场——上海东海大桥10万KW海上风电场项目已经开工建设，计划于2009年建成投产。
地处渤海辽东湾的中国首座离岸型海上风力发电站，于2007年11月28日正式投入运营，更是标志着中国发展海上风电有了实质性的突破。
随着国内越来越多的海上风电场进入规划或者建设阶段、市场份额和有利的风资源逐步被占领，一个份额迅速增长、技术不断进步的海上风电市场正在快速形成。
大批有实力的公司着手海上风电投资研究，并为项目实施积蓄力量，其中有代表型的有：
上海大唐发电、中广核、三峡开发总公司、上海申能集团、上海绿能等。
1.1.2研究现状
近海风电场与陆地风电场的主要不同有：
1.近海风电场的比较优势
*节省土地资源；
*减少了噪声及公共视觉冲击；
*海上空间大，发展空间不受限制；
*海上风电场的规模要比典型的陆上风电场大许多。
一个大的陆上风电场可能是100MW，一个大的海上风电场可能要1000MW.
*海上风能资源要比陆地上优良，且很少有静风期。
由于海面十分光滑，粗糙度较小，摩擦力较小，一般估计海上风速比平原沿岸高20%，发电量可增加70%。
*海上风电场允许单机容量更大的风机，高者可到达5～10MW，由于对噪音要求较低，通过更高的转动可获取更高的能量产出；
*风切变（即风速随高度的变化）也较小，这样不需要很高的塔架，可降开发成本；、
*海上风串流的强度小，具有稳定的主导风向，机组承受的疲劳负荷较低，风机寿命更长。
2.近海风场的限制条件
*海洋气候复杂多变，主要因素有风浪、雨雪、夏季台风、冬季浮冰、海水及海洋环境的腐蚀，都直接影响施工进度及后期的维护；
*前期勘测难度大、成本高，测风、地质地貌调查的等均较难实施；
*工程建设难度远远高于陆地。
主要体现在风机基础结构的选型与实施、风机运输安装、海上升压站建设及海底电缆铺设、长距离输电技术、调试与试运行技术等方面。
这些方面都是近海风场建设的关键风险点及成本控制点；
*运行维护难度大，成本相当于陆地风场的十倍。
*寿命期结束后的弃置难度大。
3.近海风场建设技术现状
*测风技术：
目前浅水区域单桩衍架式测风塔应用较为普遍，也有采样新型的雷达测风仪，各有优缺点；
*地勘技术：
现多采用地震、钻空等技术，与海上油田地勘技术相同；
*风机基础结构：
国外多采用单桩结构，也有重力式及桶基基础，技术手段多样，成本及适用范围也各不相同；
*风机运输安装技术：
国外采用专业安装船分体安装技术较为普遍，也开发了专用工具，技术比较先进，效率较高；随着机组大型化，整体安装技术也在不断完善，两种模式各有优势；
*输变电技术：
该项技术与风电以外的其它电力技术发展相当，技术也基本相同，需要解决的就是大容量长距离输电问题，普遍应用的是复合海缆交流输电技术，在超过一定距离后则采用较为先进的直流输电技术；
*调试与运行维护技术：
海上风场的调试与运行维护难度较大，主要是不容易登临风机平台，有风时上不去或者上去下不来，没风时风机无法启动因此无法调试。
国外有采用专门设计的小型支持船的，也有采用直升机的，但是目前都没有很好的解决问题。
*弃置技术：
寿命期后的弃置目前在海上油田有比较多的研究，风场弃置比海上油田要简单一些，但是目前没有成形的技术方案可供参考。
上述各项技术都不是特别成熟，留下很大的技术发展空间，不同技术的组合研究也能产生较大的经济效益。
4.近海风电场的成本分析
一般风电场建设的主要投资项目有：
① 设备材料工器具购置费：
风机主设备、风机塔筒、变电站设备、控制系统设备、电缆及通信光缆费、运行维护支持船舶费用。
② 建筑安装工程费：
建筑工程费、辅助工程费、安装工程费。
③ 科研勘设费：
前期工作费、勘察设计费、竣工图件编制费。
④ 建设管理费：
项目建设管理费、工程建设监理费、土地征用费。
⑤ 生产准备费：
生产人员培训费及提前进厂费、办公及生活家具购置费、工具及生产家具购置费、联合试运转费。
⑥ 其他费用：
工程保险费、工程质量监督检测费、基本预备费。
⑦ 弃置费。
根据陆地教成熟的风电场建设经验，一般规模的陆地风电场的主要投资比例构成有：
风机及其配件70%、机电设备物资15%、安装工程4%、建筑工程6%、其他费用5%。
由于海洋环境的特殊限制条件，近海风电场建设项目的成本要普遍高于陆地风电场，并且在投资机构上也不尽相同。
海上风电场的发电成本与经济规模有关，目前海上风电场的最佳规模为120～150MW。
根据一些研究机构的研究成果，在海上风电场的总投资中，风电机组占51%、基础16%、电气接入系统19%、风机安装占4%、其它10%，也有的国外研究机构分析认为风机占33%，基础占25%，接入系统占19%（含海缆），前期研究及审批占7%，项目管理占，5%、风机安装占2%、调试占2%、其它杂项7%（含控制系统等）。
从上面的两种研究成果可见，不同海上风场之间的经济对比很难，这是因为不同的风场投资成本不同，离岸距离不一样，水深各异，并网补贴和电价都不一样。
上网成本可能是建设远距离深水风电场的一个决定因素。
海上风电项目的数量仍相对较少，每个具体情况端口会影响到这些项目的成本费用。
表1.2是欧洲主要海上发电场的经济指标数据比较表。
表1.2海上风电场经济指标数据表
1
2
3
4
5
6
7
8
风场
Egmondann
Zee
Thornton
bank
BorkumWest
Butendlek
Greater
Gabbard
HornRev
Nysted
Socrbysands
国家
荷兰
比利时
德国
德国
英国
丹麦
丹麦
英国
风机数
36
6/24/60***
12/208
80
140
80
72
30
功率
MW
3
3.6
5
3
3.6
2
2.3
2
装机容量
MW
108
21.6/120
/300
60/100
240
500
160
165.6
60
风机生产商
Vestas*
N.N
N.N
Vestas*
N.N
Vestas
Bonns
Vestas
计划年发电量
GWh/a
345
986
260/4300
1750
600
480
171
规划开始时间
Feb-
00
2002
1999
2000
1998-99
1998-99
1993
投入运行时间
2006*
2007*
2003*-2010*
2008*
2009*
2003
2003
2004
离岸距离
Km
10-18
27-30
45
34
23
14-20
9
3
水深
M
15-20
30
30
16-20
2.4-10
6-14
6-9.5
3-12
结构形式
单桩
导管架
导管架
导管架
单桩
单桩
单桩
单桩
投资额
亿元
20
10//5
14
42
24
25
12
具体投资成本
万元/KW
4.6//1.667**
2.3
1.8-2.0
1.5
1.5
1.9
补贴强度
亿元
2.7
总投资的
-
-
-
上网费
上网费
-
注：
*计划数**无补贴和有补贴情况***不同扩建阶段
升级会员 