浅谈深远海域风电发展前景

上海绿色环保能源有限公司 ■ 李子林 施岐璘

0 引言

我国是能源消费大国，目前化石能源消费比重较大。《“十三五”能源规划》提出“清洁低碳、绿色发展”的理念，将发展清洁低碳能源作为调整能源结构的主攻方向。风能是目前技术比较成熟的新能源，保守估计我国可供开发的风能资源在10亿kW，其中海上风能资源为7.5亿kW，且较多分布于离岸较远的深远海区域。因此，未来深远海域风电将是主要发展方向。

国内外风电的发展都经历了从陆上风电到近海风电，乃至深远海域风电的历程。我国海上风能资源丰富，加快海上风电项目的探索，推进深远海域风电示范项目的建设，对于缓解近海海域的用海矛盾、促进风能产业的科技创新、调整能源结构和转变经济发展方式都有重要意义。

1 海上风电发展现状

1.1 欧洲海上风电及深远海域漂浮式风电发展现状

丹麦风能研究和咨询机构MAKE发布的《全球海上风电市场报告》显示，2017年欧洲海上风电新增并网容量达到创纪录的3148 MW，其中包括首座投运的漂浮式海上风电项目——坐落于英格兰海域的Hywind风电场。该项目于2015年底开始筹备，共包含5台6 MW风电机组，已于2017年10月18日正式投产，截至目前，风电场的运行状况良好，并经受住了极端海况(大风、大浪)的考验。

随着海上风电场离岸距离和水深的不断增加，漂浮式平台成了海上风电项目经济、可行的首选。约20年前，欧美开始研究承载风电机组的漂浮式平台，对多种基础形式进行了模拟验证，并于近几年陆续开展样机及示范风电场的建设。除了前述的Hywind风电场，法国首个漂浮式风电机组“Floatgen”也已投入运行；同时美国、日本也在积极探索海上漂浮式风电技术，特别是在福岛核事故后，日本已经加快海上漂浮式风电机组的验证和推广工作。

1.2 国内海上风电及深远海域漂浮式风电发展现状

我国海上风电起步于2008年，“上海东海大桥100 MW海上风电示范项目”于2008年开工建设，2010年成功并网发电。该示范项目的成功实施，拉开了我国近海海上风电大规模开发建设的序幕。截至2016年底，我国海上风电装机容量为1630 MW；截至2017年8月31日，我国开工建设的海上风电项目共19个，项目总装机容量为4799.05 MW，主要分布在江苏、福建，其中江苏8个在建项目，共计2305.55 MW，福建6个在建项目，共计1428.4 MW。

党的十八届五中全会进一步明确了建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系的目标。2016年3月，国家发展和改革委员会、国家能源局联合发布了《能源技术革命创新行动计划(2016～2030)》，阐明了世界能源科技的发展趋势，明确指出能源技术创新在能源革命中起决定性作用，并将“深海风能”提上日程。同月，上海市发展和改革委员会发布了《关于开展＜上海市深远海域海上风电重大示范工程前期研究〉课题研究工作的通知》，立足于上海市科创中心，确立“创新引领，高端示范”研究目标，集中上海市海上风电产业的优势资源，部署深远海域海上风电重大示范工程研究工作。同年6月，国家发展和改革委员会、国家能源局、工业和信息化部联合印发了《中国制造2025——能源装备实施方案》，明确要求开展“海上漂浮式风电机组以及各种基础形式”及“海上风电海上运输船、吊装船等施工维护装备”的技术攻关。

上海作为国内第一个海上风电示范项目的所在地，率先开展深远海域风电具有积极意义。由上海绿色环保能源有限公司牵头，组织上海勘测设计研究院有限公司、上海电气风电设备有限公司、华锐风电科技(集团)股份有限公司、中交第三航务工程局有限公司、上海交通大学、同济大学、上海电力学院、上海电力设计院共9家以上海本土企业为主的单位和机构组建成立产、学、研科研攻关联合体，开展深远海域漂浮式风电的课题研究，正式拉开了我国漂浮式风电开发的序幕。2017年4月，由9家单位组成的科研联合体完成初步课题研究工作，并顺利通过由水电水利规划设计总院牵头负责的项目验收。

2017年9月28 日，上海市发展和改革委员会进一步明确了推进深远海域风电示范项目的前期工作，争取2019年立项，2020年开工。

从时间节点来看，我国深远海域风电的发展落后于欧美国家。只有整合全产业链优势，通过科技创新，推进深远海域风电示范项目的开展，才能缩小这方面的差距。

2 国内深远海域风电发展趋势

2.1 深远海域海上风电开发潜力巨大

据最新的海上风能资源普查成果显示，我国在5～25 m水深、70 m高度海域的海上风电开发潜力约为5亿kW。根据中国气象局研究显示，我国大部分海上风能资源分布在50 m水深线以外。另外，就我国东南部风能资源情况而言，在平均风速、风功率密度、湍流情况方面，近海优于陆地，远海优于近海，总体而言，远海风能资源情况更好。

根据粗略估计，我国海域及公海经济专属区内，深海区域50 m水深以上海域的风电开发潜力至少为10亿kW以上。

2.2 深远海域风电开发有利于海洋多功能区划的协调

2016年11月4 日，国家海洋局发布了《关于进一步规范海上风电用海管理的意见》(以下简称《意见》)。《意见》要求海上风电开发要充分发挥海洋空间规划控制性作用，优化海上风电场选址。按照《意见》规定，海上风电场选址一般不得占用港口航运区，要严格、科学地论证与海洋功能区划的符合性，不能损害所在功能区的基本功能，避免对国防安全和海上交通安全产生不利影响。

深远海域风电开发与近海风电开发相比，其主动与近海其他功能用海错位，能尽量为其他功能用海留出空间，有助于近海海洋功能区划的协调。

2.3 深远海域风电开发有利于近海海域环境保护

目前，近海风电开发，包括工程建设和后续运维，会对近海海域生态环境造成一定压力，随着海上风电规模日益增加，近海海洋环境影响问题可能会慢慢凸显。深远海域风电开发有助于海洋尤其是近海海域的环境保护。

综合考虑深远海域风电开发的巨大潜力，以及尽量规避近海风电场开发对我国海洋功能区划的影响、利益相关方协调难度和生态环境影响等多方面因素，深远海域风电开发将会是海上风电产业未来发展的必然趋势。而开展深远海域海上风电关键技术的研究和攻关，掌握深远海域漂浮式风电关键技术，是开展深远海域海上风电研究的基础和前提。

3 深远海域漂浮式风电项目的可行性

由上海绿色环保能源有限公司牵头的科研联合体通过对多个课题的研究论证了深远海域风电项目的可行性，论证内容主要涉及海域、基础平台、风电机组、场内集电线路、施工、经济性等方面。

3.1 深远海域风电场选址研究

结合《上海市风电发展中长期规划研究》，通过与海洋、海事、农委等相关利益部门的共同论证，选取了图1所示的海域作为某方案后期深远海域风电示范项目的拟选海域。该海域位于上海市东侧的国家经济专属区，根据《海洋法条约》的规定，该区域可以建设海上风电场等利用风力能源的海上工程。该海域风能资源丰富，风向及强度稳定，气象条件适宜，不存在如台风、雷电、暴雨等频繁气象灾害的情况；场址区海域泥沙质为比较均匀的粉沙质淤泥，工程地质条件与水文条件良好，满足项目选址的自然条件。

图1 深远海域示范项目拟选海域

3.2 深远海域风电场接入系统研究

分别从交流输电系统的可行性与直流系统的可行性两方面对深远海域风电场输电系统的可行性方案进行了研究。分析与调查结果表明，交流输电系统与直流输电系统均适用于深远海域风电的接入。但在现阶段，交流输电系统在经济性、可靠性上更优于直流输电系统。

3.3 深远海域漂浮式风电基础可行性研究

通过对国外漂浮式风电基础平台调研后发现，深远海域漂浮式基础主要有3种形式，分别为立柱式、半潜式及张力腿式，如图2所示。

图2 深远海域漂浮式基础的3种形式

1)立柱式。采用压载来降低重心，直到重心低于浮心，以获得静稳性；用悬链线或张紧线来锚泊；具有吃水较深、安全系数大、工程量较大、成本相对较高的特点。

2)半潜式。通过利用多个距离较远的小水线面面积来获得静稳性，具有吃水深、结构稳定、对海床地质条件要求较高、成本高的特点。

3)张力腿式。通过锚泊张力超过浮体所提供的浮力来获得静稳性，具有吃水较浅、稳定性好、设计灵活、成本相对较低的特点。

根据国内拟选风电场的水文特点(水深在50 m左右)，目前主要考虑的基础形式为张力腿式，同时开展半潜式基础的研究。

3.4 深远海域风电漂浮式风电机组可行性研究

基于目前假定的环境条件域及张力腿式的漂浮式平台基础形式，海上风电机组采用漂浮式风电机组方案在技术上是可行的。但同时也存在很多问题，比如，如何保证风电机组在漂浮式平台上的正常稳定运行，如何保证风电机组在远海极限工况下的自持能力，如何实现风电机组远程自检及复位，如何调整风电机组的控制策略以保证风电机组功率曲线的正常等。

3.5 深远海域漂浮式风电机组施工方案可行性研究

漂浮式风电机组施工涉及较多难点，比如，基础的预拼装技术、锚泊系统选型与施工技术、平台与风电机组海上运输与安装技术等，施工工艺与装备在国内都无先例可循。因此，通过国外调研及国内创新，形成了深远海域漂浮式基础施工与装备成套的技术，并形成了张力腿平台基地分体拼装与整机调试及海上整体安装的思路。按照国内现有制造业水平，深远海域风电基础制造及安装问题不大，后期对专用运输船舶方面会有新的需求。

3.6 深远海域风电项目的经济性

根据英国阿特金斯设计咨询公司和葡萄牙电力新能源研究中心调研掌握的数据，在目前的设计水平下，深海风电机组不含远海电网接入，单位造价在2.6～2.8万元/kW；接入系统的造价则与升压站的建设情况及传输距离有关，同时还与传输电压等级有关。

按照目前初步科研成果的测算，我国能将深海风电机组造价控制在2.5万元/kW左右(不含接入、送出系统)，略低于国外水平。如果全部按照深远海域选择漂浮式基础来建设，若考虑250 MW级建设规模加上电网送出系统，则项目总投资将增加至约73.2亿元。按年等效满负荷利用小时数为2800 h测算，在满足内部收益率10%的基础上，其上网电价将为1.2599元/kWh(含税)。

未来随着研究的深入及产业规模化，技术和工艺逐步成熟和升级后，造价会适当的下降

，对应合理电价期望值也会相应下降。另外，总体造价与风电场实际水深相关，如果浅水区沿用固定式基础，造价也会相应下降，对应电价也会相应下降。

4 深远海域风电发展前景

2015年11月30 日，习近平总书记在“巴黎气候变化大会”等国际场合做出庄严承诺，“中国2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%，2030年非化石能源占一次能源消费比重达到20%”；2016年9月3日，我国正式加入《巴黎气候变化协定》。在现有陆上风电和近海风电趋近于饱和的情况下，开展深远海域风能利用，符合《巴黎气候变化协定》，符合习总书记重要讲话精神，符合我国绿色发展的理念，对于风能的合理利用具有积极意义。随着技术的不断成熟，使得深远海域漂浮式风电在我国的发展成为可能，届时，远海更好的风能资源也将助推深远海域漂浮式风电项目成为未来海上风电的蓝海。