海上风电的开发和利用

海洋风电现状与展望船舶1204班王伟1目录一、海上风电简介二、开展海上风电的优势与困难三、世界各国的海洋风电开展现状和趋势四、我国海上风电开展现状及开展规划五、海上风电的最新研究六、对我国海上风电开展的建议

23一、海上风电简介海上风电是指在近海海域安装风力发电机组，依靠海洋上的风推动风力发电机转动来发电，一般情况下在风力资源丰富的海域会安装多台风力发电机组，形成海上风电场，海上风电是未来清洁能源新方向。4二、开展海上风电的优势与困难优势：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，噪声、视觉干扰很小；单机容量大，年利用小时数高；海上风电靠近经济兴旺地区，距离电力负荷中心近，风电并网和消纳容易；不占用土地资源；海上风电场是以风速高、风功率密度大、湍流强度小占优势。与陆地风电相比，海上风电风能资源的能量效益比陆地风电场高20%~40%，还具有不占地、风速高、沙尘少、电量大、运行稳定以及粉尘零排放等优势，同时能够减少机组的磨损，延长风力发电机组的使用寿命，适合大规模开发。例如，浙江沿海安装1.5兆瓦风机，每年陆上可发电1800~2000小时，海上那么可以到达2000~2300小时，海上风电一年能多发电45万千瓦时。另外，海上风电还能减少电力运输本钱。由于海上风能资源最丰富的东南沿海地区，毗邻用电需求大的经济兴旺地区，可以实现就近消化，降低输送本钱，所以开展潜力巨大。5二、开展海上风电的优势与困难困难：

1、技术难度大海上风电并网面临两大技术难题，一是海上风电的输送，二是风电场动态稳定性对电网的影响。风电的可控性以及风电机组的控制技术(主动变桨控制、自动控制、自动停机等)等领域亟待突破。同时，风电的短期气象预报和风电场的集中控制策略(以均衡负荷)也面临技术困境。

2、投资本钱高为适应海上恶劣的环境，海上风电机组必须采取气密、枯燥、换热和防腐等各项技术措施，且机组的单机容量较大，需配备安装维修的专用设施(登机平台、起吊机等)，这些都增加了海上风电机组的本钱。有资料显示，我国陆上风电工程造价为8000元/千瓦左右，而海上风电那么为1.6万~2万元/千瓦。工程建设和维护本钱占据了海上风电开发中的大局部投资。6二、开展海上风电的优势与困难困难：3、经济性价比低海上风电的发电量是陆上风电场的1.4倍，但投资本钱是陆地风电场的近两倍，其经济性仍不如陆地风电场。此外，海上风电场的经济可行性主要取决于场址的两大参数——水深和离岸距离，离岸距离不大、水面较浅的海域不适合建海上风电场。4、维护本钱高海上风电场维护时，必须动用大型维护船，如利用建设施工船、专门的效劳船只、直升机接送效劳或者母舰类型的船只等，无论哪一种运输方式，都意味着相应的技术路径和资金投入，运维本钱因此攀升。有运营商表示，海上风机故障修复本钱将是陆上风电的百倍。5、此外，尽可能选用大容量的风电机组，通过实施海上风机机组的标准化设计和规模化生产，可有效降低发电本钱。不过，目前海上风电场规模化开展还有待技术的进步和鼓励政策的出台，这也成为限制其开展的因素之一。7二、开展海上风电的优势与困难6、浮冰和台风对风电机组的影响：在靠近寒带的海域，每年冬季海面上的浮冰是风机平安的最大威胁。“这并不是危言耸听，曾经有一年，锋利的浮冰把一座测风塔铲断，高高耸立的风机很难抵挡住浮冰的冲击。而在靠近热带的海域，台风或者飓风那么对电场的影响是破坏性的8三、世界各国的海洋风电开展现状和趋势从海上风电工程在世界各地区/国家的分布来看，欧洲占据绝大局部的市场份额，其中英国、丹麦、荷兰和瑞典是目前世界上最主要的海上风电开展大国。早在20世纪80至90年代，欧洲就开展了较大范围的海上风电资源评估及相关技术研究工作。世界海上风电开展历程主要分为三个阶段：第一个阶段是从1990年到2000年，海上风电处于小规模研究和开发阶段；第二个阶段是从2000年到2023年，海上风电进入大规模商业化开发阶段；第三个阶段是2023年至今，全球风电产业掀起了新一轮的“下海〞热潮。欧洲是全球海上风电开展最快的地区。全球海上风电场主要分布在丹麦、英国、荷兰、瑞典和爱尔兰等欧洲国家。丹麦的风能资源非常丰富，也是世界上最早大规模开始风力发电的国家，在风电技术上也位居世界领先地位。1990年，丹麦安装了全球第一台示范近海风电机组，单机容量220kW，自此世界风电开展跨入了另一个时代。1997年丹麦政府制订了海上风电开展方案，至2023年丹麦建成了9个海上风电场，总装机容量60万kW余，占世界同期海上风电的1/3、欧盟海上风电的1/2。9三、世界各国的海洋风电开展现状和趋势英国海上风电工程稳步增长，由于英国海域内风力资源占欧洲总资源相当大的比例，因此开展前景比较乐观。相关研究报告估计，英国海上风能接近1000TW·h，相当于全国年总用电量的数倍。综合英国优越的海上风能资源，强大的海上政权以及2023年15%新能源比例的强制性政策建立，英国被认定是全球海上风电最正确市场。自2000年12月英国第一座海上风电场--诺森伯兰郡布莱斯海港风电场批准建立以来，已有13座海上风电场陆续建立起来，总装机容量超过1155MW。其中12座海上风电场已完成并网发电，总装机容量到达8828MW。10三、世界各国的海洋风电开展现状和趋势德国海上风力发电起步比较晚，国内首座海上风能电站阿尔法文图斯始建于2023年7月，2023年4月27日在北海正式并网发电，这标志着德国海上风电进入大开展时期。阿尔法文图斯电站位于离德国北部岛屿波尔库姆以北45km的北海海域，造价达25亿欧元，现装有12台风能装置(俗称风车)，每台装置的装机容量均为5000kW，一年共发电至少22亿kWh，从理论上可满足5万家庭的用电需求。这样级别的装机容量在世界海上风电站的建设史上还是首次，阿尔法文图斯被称为示范工程，主要是为今后的海上风电站建设积累经验。为了扶持海上风电，实现到2030年使海上风电装机容量到达25GW的目标，总共还需投资750亿欧元。而首批10个海上风电站的建设将得到政府的资助，德国复兴信贷银行在2023年设立了50亿欧元的市场利率“海上风电〞专项贷款额度。根据德国政府的规划，德国海上风电未来将占到整个风力发电的25％，而一般国家这个比例仅为10％。到目前为止，北海和波罗的海已经并网发电的工程共有5个，另有25个工程已经通过审批在建，还有超过80个工程正在立项审批过程中。11三、世界各国的海洋风电开展现状和趋势北美：北美的风电产业近些年来开展非常迅速，尤其是美国和加拿大。随着近年来全球清洁能源和可再生能源开展势头的日益强劲，美国加快了风电开展步伐，尤其是2006年以后开展速度较快，到2023年风电总装机容量到达35159MW，风力发电量占到总发电量的24%。但是，美国的海上风电开展较晚，作为美国首座海上风电场，美国东北部的鳕鱼岬海上风电场经过9年之久，于2023年4月获得美国政府的批准，该风电场总装机容量为454MW。近年来，美国也开始重视海上风电的开展，美国海上风电的开展目标首先锁定浅滩，然后开展至深水；主要采用单机容量为5MW或更大的风机。加拿大的风能储蓄丰富，近年来风电产业迅猛开展。风力机组安装总量从1994年的19MW开展至2006年1月的682MW。目前，在夏洛特皇后群岛，已建成的海上风电工程总容量达700MW，该工程是北美海上风电工程中最大的一项。12三、世界各国的海洋风电开展现状和趋势亚洲亚洲的风电产业近年开展强劲，尤其是韩国、中国和日本，在全球风电市场上都占有重要的一席。但是亚洲拥有海上风电场的国家目前只有中国和日本。日本风电产业的开展起步晚，开展相当缓慢。目前，日本国内仅在北海道濑棚町等地安装了14套海上风力发电设备，发电量11万kW左右，远远低于欧洲200万kW以上的海上风力发电规模。2023年6月日本政府综合海洋政策本部研究制订的有关开展海上风力发电的海洋可再生能源战略方案出台。该方案提出，到2023年前，日本将安装2000套以上直径为120m的大型海洋风力发电设备，其发电能力相当于10座1000万kW以上的核电站。13三、世界各国的海洋风电开展现状和趋势韩国是风电市场中的后来者，目前正处在风电行业艰难时期，目前，风电行业剧烈的竞争和风力涡轮机价格的下跌挤压了整个供给链的利润。韩国的大多数能源依赖进口，鉴于韩国广泛的造船及海洋工程经验以及丰富的海上风能资源，海上风电是韩国企业进入风电行业的最正确突破口，风力发电产业的中心将从陆地转向海上。济州岛近海60兆瓦规模的海上风力发电设施建设于2023年6月完成。据最近报道，韩国政府将投资9.2万亿韩元，在该国南部近海建设2500兆瓦规模的海上风力发电设施，每年发电量可达6525千瓦时，可供拥有556万人口的城市使用，该工程建成后，韩国将跃升为世界三大海上风力发电强国。14四、我国海上风电开展现状及开展规划1、开展现状：我国海上风电起步较晚，2006年开始海上测风，2023年投资23.6亿元建设了我国第一座大型海上风电工程，上海东海大桥海上风电工程，该工程安装了34台国产单机容量3MW的离岸型风电机组，总装机容量102MW，该工程拉开了中国海上风电开发的帷幕。我国拥有18000多公里长的大陆海岸线，可利用海域面积多达300多万平方公里，是世界上海上风能资源最丰富的国家之一。我国拥有十分丰富的近海风资源，有数据显示，我国近海10m水深的风能资源约1亿kW，近海20m水深的风能资源约3亿kW，近海30m水深的风能资源约49亿kW。此外，由于我国东部沿地区经济兴旺，能源紧缺，开发丰富的海上风能资源将有效改善能源供给情况。开发海上风电已经成为我国能源战略的一个重要内容。我国已建及正在规划建设中的海上风电场主要有上海东海大桥近海风电场、山东威海风电场、浙江岱山近海风电场、浙江杭州湾近海风电场、江苏如东和江苏东台风电场等。预计2023年中国海上风力电装机500万千瓦，业内预计将带来800亿元海上风电蛋糕，未来几年我国海上风电将进入加速开展期。15四、我国海上风电开展现状及开展规划我国目前已建成的海上风电总装机为142MW，包括：①上海东海大桥海上风电工程，总装机102MW。上海东海大桥海上风电工程是我国第1个大型海上风电工程，采用34台3MW风机，2023年6月全部并网发电，上网电价为0.978元〔/kW·h〕，单位造价为2.3万元/kW。②江苏如东潮间带海上试验风电场，总装机3.2万kW。这是国内第1个潮间带试验风电场，共安装16台海上试验机组，分别为6台1.5MW风机、6台2.0MW风机、2台2.5MW风机和2台3.0MW风机。工程于2023年6月15日开工建设，2023年9月28日全部投产发电。③其他海域安装的海上试验风电机组，总装机为0.8万kW。包括在渤海湾并网运行的1台1.5MW机组，以及在江苏省响水县近海并网运行的1台2.5MW机组和2台2MW机组。16四、我国海上风电开展现状及开展规划2、我国海上风电开展规划：

我国海上风能资源丰富，具备大规模开展海上风电的资源条件。根据制订中的可再生能源“十二五〞规划的初步预计[8]，2023年中国海上风电将到达500万kW，海上风电成套技术将形成并建立完整的产业链；2023年后将实现规模化开展，到达国际先进水平；2023年海上风电将到达3000万kW。

17五、海上风电的最新研究海上风力发电是全球未来开展的热点，目前欧洲的海上风电开展全球领先，世界风电设备制造商纷纷发挥各自优势占领海上风电市场，以下几个方面将成为今后海上风电开展研究的一局部：1、海上风场呈现大型化趋势，并且向深海海域开展．海上风电技术不断开展和完善，风力机组的设计融入更多针对海上环境的独特设计。2、风机和叶片都呈现大型化开展方向，直驱式/半直驱发电机将逐步成为主力；3、封闭循环式冷却系统将受到青睐；4、多电平拓扑结构的变流器占领市场；5、多种类型的塔架和根底结构设计可以适应不同的海域，悬浮式根底结构为深海风场的开展提供了条件；6、随着风场离岸距离的增加，采用直流传输可降低海底电缆的铺设本钱，提高能量的传输效率和系统稳定性；7、状态监测技术不断成熟并在更多的风场中应用，可降低风场的维护本钱．18五、海上风电的最新研究8、建立海上风力发电厂对某些动物种类和栖息地可能会产生不利的影响，尤其在不采取任何措施防止或减轻这些影响的情况下。特别是，当地的鸟类、哺乳动物和鱼类可能会受到惊扰，并丧失他们赖以生存的捕食和繁育栖息地。风力涡轮机基座下的海底种群将被破坏，风场附近的种群可能由于水文和沉积物的改变而受到影响。水下噪声，不管在建设期间还是运行时，都会影响到海洋哺乳动物，人为产生的电场和磁场都会迷惑鱼类和哺乳动物。还有，风场肯定会增加船只碰撞的机率，可以威胁到非常大的水域〔如发生石油或化学品泄露的情形〕。在某些特定区域〔如捕鱼区〕对某些物种，如鱼类和海洋动物，也可能带来不利的影响。19六、对我国海上风电开展的建议

基于上述对我国海上风电开展现状、规划、工程进展、管理政策的总结和分析，提出以下建议：〔1〕建立高效的海上风电相关部门协调管理机制。海