中国海上风力发电发展现状和趋势.doc

中国海上风力发电现状和趋势（综述）学生姓名： 学 号： 班 级: 专 业： 指导教师： 2015年04月中国海上风力发电发展现状以及趋势【摘要】：由于具有资源丰富，对人们的生产生活影响小，以及不占用耕地等优势，近几年，我国的海上风力发电得到越来越多的关注。本文就我国近海风电的行业背景、海上风电市场区域分析、国家政策、社会效益、技术支持、发展瓶颈及建议、以及未来发展趋势等几个方面进行论述。【关键词】：海上风力发电，发展现状，发展趋势，海上风电技术，社会效益，国家政策0前言： 相对于我国陆地风能，海上风能以其资源丰富，风速稳定，对环境负面影响小，装机容量大，且不占用耕地等优势得到了众多风电开发商的青睐。经过连续多年的高速增长，我国风电装机容量已居世界第1位。目前我国正在大力推动海上风电发展，将从以陆上风电开发为主向陆上和海上风电全面开发转变，目标是成为海上风电大国。近年来，政府相关部门多次出台技术和管理政策，大力推动我国海上风电开发进程。1、行业背景：我国近海风能资源丰富。拥有18,000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。据统计，我国可开发利用的风能资源初步估算约为10亿kW，其中，海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW1。目前我国已经成功并网发电的海上风电项目有：东海大桥海上风电示范项目，响水潮间带实验项目，龙源如东潮间带风电场项目，华能荣成海上风电项目等。另外有南港海上风电项目，江苏大丰200MW海上风电项目等44个项目拟建或者在建。这意味着我国的海上风电正在高速发展着。另外，随着海上风能的高速发展，也带动着风能产业链的高速发展。我国现有海上风机供应厂家12家，其中以明阳风能以及金风科技最为卓越2，在全球最佳海上风机评选中，分别位列第二和第十，这标志着我国风机制造业已经拥有国际先进水平。据数据分析，未来的15年内，我国风电设备市场的总利润将高达1400亿至2100亿元3。巨大的利润，也必将使得我国海上风机制造业得到更加快速的发展。不难预想，在未来，我国的风机制造业必将领跑世界。2、风电市场区域分析：根据国家规划，未来我国进行海上开发的重点省份将是江苏、山东、河北、上海、浙江、福建等沿海区域，其中江苏与山东将是中国海上风电未来最大的潜在市场。从已经公布的数据中，到2015年，上海、江苏、浙江、山东和福建的海上风电装机总容量将分别达到700MW, 4.6GW, 1.5GW, 3GW和400MW;到2020年上述省市的海上风电装机容量将分别达到1.55GW,9.45GW, 3.7GW,7GW和1.1GW，从这些省市的规划来看，江苏与山东将是中国海上风电未来最大的潜在增长点4。江苏省有近千公里的海岸线，沿海滩涂而积占全国滩涂总而积的1/4，江苏又拥有世界最大的海岸外辐射沙洲(理论深度基准而零米线以上的总而积达190万亩)。这些资源为江苏发展海上风电场提供了广阔的前景。据悉，目前江苏境内已经开工的海上风电项目已超10个。山东省发展海上风电，青岛具有举足轻重的地位。青岛三而环海，海岸线长达800余公里，占山东省的1/4,拥有丰富的海上风能资源。此外，青岛是中国东部重要的海滨城市、中国东部沿海重要的经济中心城市和港日城市具有得天独厚的优势，这些都将为青岛的海上风电发展奠定基础。山东省去年推出的山东半岛蓝色经济区发展规划显示，到十三五”末，基本建成鲁北、莱州湾、渤中、长岛和山东半岛北海上风电基地，在山东半岛南条件较好的区域建设风电场，海上风电装机达到1000万千瓦。作为长三角经济中心位置的上海，由于先期已在东海大桥风场一期项目中积累了丰富的经验，十二五”期间，也将新建两个海上风电场，分别为东海大桥风电场二期和临港风电场，这两个项目目前均已开始相关工作，东海大桥二期项目有望在年内完工。3、国家政策：鉴于我国海上风电还处于起步阶段，各种机制都还不完善，海上风电的发展在很大程度上还要凭借着“政策东风”，才能更快更好的发展。而国家为了满足海上风电的发展需求，也陆续出台了一系列发展海上风电的举措和配套法律法规。2007年我国启动国家科技支撑计划，将能源作为重点领域，提出在“十一五”期间组织实施“大功率风电机组研制与示范”项目，研制2 MW至3 MW风电机组，组建近海试验风电场，形成海上风电技术。2009年1月，国家发改委、国家能源局在北京组织召开了海上风电开发及沿海大型风电基地建设研讨会，正式启动了中国沿海地区海上风电的规划工作。负责汇总协调各地规划和前期工作的是中国水利水电规划院。2010年1月7日，专责我国能源发展战略、规划和政策的国家能源局明确指出，“要继续推进大型风电基地建设，特别是海上风电要开展起来”。2010年1月22日，国家能源局联合国家海洋局印发海上风电开发建设管理暂行办法。该办法规定了海上风电发展规划编制、海上风电项目授权、海域使用申请审批和海洋环境保护、项目核准、施工竣工验收和运行信息管理等各个环节的程序和要求。2010年3月底，工信部发布了风电设备制造行业准入标准，规定风电机组生产企业必须具备生产单机容量2.5 M W以上、年产量100万kW以上所必需的生产条件和全部生产配套设施，推动了适合海上大功率风机的研发。有了一系列规章的出台，2010年5月18日，国家能源局正式发布了位于江苏省的4个风电项目招标公告5。 图1 截至2011年10月，我国海上风电相关规定2011年7月国家能源局和国家海洋局联合发布的海上风电开发建设管理暂行办法实施细则，该细则明确了海上风电项目建设管理的程序和内容，力求解决用海管理部门间的不协调问题，避免用海矛盾。该细则在一定程度上缓解了海上风电规划不统筹等问题6。2014年8月,国家能源局召开全国海上风电推进会,公布了全国海上风电开发建设方案(20142016),涉及44个海上风电项目,共计1052.77万千瓦的装机容量。其中包括已核准项目9个,容量175万千瓦,正在开展前期工作的项目35个,容量853万千瓦。而在此之前,国家发改委公布了海上风电上网电价,2017年之前投运的海上风电项目，潮间带为0.75元/千瓦时,近海为0.85元/千瓦时,使得海上风电项目的成本收益情况更加明确,其中近海和潮间带的内部收益率分别可以保证在12%和10%以上。7我国海上风电价格体系的确定，缓解了业内对电价不清晰的忧虑，在很大程度上刺激了我国海上风电的发展。在未来几年，我国的海上风电海将乘着“政策东风”，更快更好的发展下去！4、社会效益：我国海岸线长，海域面积辽阔，具备开发建设海上风电的良好条件。东部沿海地区经济发达，而化石能源资源短缺，海上风能是当地重要的资源优势，开发利用海上风能资源对于增加这些地区的电力供应、促进经济社会发展意义重大。1、 风能是清洁的可再生能源，无污染，可持续，资源丰富，故而，大力发展海上风能，可为国家电网提供可再生的发电量，从而为国家节省大量的化石能源，同时也减少了大量有害物质以及二氧化碳的的排放，减少了环境污染以及温室效应。8以煤电作为例子，对30万千瓦的蒸汽轮发电机组来说，大约每产生1万千瓦时电量就需要消耗4吨的标准煤，而且排放的粉尘约0.5吨，排放的二氧化碳约10吨，氮化物约为0.05吨，排放的硫化物约为0.08吨。如果我国风电的发电电量能够达到全国需求的百分之五，那么需要风电装机容约为1.5亿千瓦，就此一项，那么每年可节约大约1.6亿吨标准煤，减少排放的粉尘2000万吨，排放的二氧化碳为4亿吨，氮化物约为200万吨，硫化物约为320万吨。可见海上风电项目对于生态环境的影响很大。9 2、大力发展海上风能，可促进我国能源结构调整，减少环境污染，为我国可持续发展战略贡献力量。3、由于海上风电的复杂性，故而发展海上风电，可以促进我国风能产业链升级，调整我国产业结构。进一步刺激我国材料、机械、电气等方面的研究。4、海上风电以其丰富的资源，可以为我国创造了极大的经济效益，缓解了我国沿海地区的用电紧张，创造了大量的工作岗位。105、可以实现风电、水电互补。我们都知道，在我国，夏秋多水少风，而冬春多风少水，故而，可以实现一年四季的水风电互补，为社会创造更大的经济效益。6、刺激教育和医疗的发展。大力开发海上风电的利用，对于相关教育和医疗有一定的的促进。因此评估海上风电项目对于教育和医疗等社会效益影响具有很重要的意义。85、技术支持：我国海上风电的发展虽然有陆地风电的技术基础，然而作为在特殊条件下运行风电机组，也向它提出来更多更高的要求。风电机组基础：为了承受海上强风载荷、海水腐蚀和波浪冲击，海上风电的基础，远比陆地的结构复杂、技术要求高、建设成本高。目前，我国海上风电机组基础主要有五大类：分别是重力式基础、单桩式基础、导管架式和三支柱式基础、沉箱式基础以及悬浮式基础。11其中，重力式基础和单桩式基础，在海上风电场中得到了广泛的应用。电力传输技术：由于海底自然环境恶劣及不可预见性，海上风电用海底电缆是设计技术、制造技术难度较大的电缆品种。海底电缆不仅要求防水、耐腐蚀、抗机械牵拉及外力碰撞等特殊性能，还要求较高的电气绝缘性能和很高的安全可靠性。然而，在前几年，行业内研制了一种海底光电复合缆，该光电复合缆在很大程度上满足了海上风电的对电力传输的要求。另外，一种名为VSC-HVDC的系统也在海上风电的传输中得到应用，这种有源型直流输电模式可以使风电注入到电网的功率稳定，这样也就解决了海上风能不稳定性和间隙性的问题。12防腐蚀技术：由于海上风电处于强腐蚀性的海洋环境，其腐蚀防护问题尤为重要。对于水下基础，目前，常见的钢筋混凝土结构基础的防腐蚀方法为涂料防护13，阴极保护或添加缓蚀剂技术等。对于塔筒，现在常使用预留腐蚀裕量法、热喷涂金属保护法14、涂层保护法15、而对于机舱和轮毂的防护，则是采取了总体防护与关键零部件重点防护的思路16。6、面临的问题以及建议：6.1我国海上风电虽然发展迅速，国家支持力度也很大，然而，作为新兴产业，而且还是刚刚起步的新兴产业，它所面临的问题也很多。6.1.1跑马圈海，缺乏规划。在海上风电产业兴起之时，沿海11个地区纷纷制定本地区海上风电场规划，圈定适合发展海上风能的海域，积极申报海上风能特许权招标项目，形成海上风能发电的热潮。在这股热潮的涌动下，国内风电设备制造企业大举进军海洋。例如，金风科技公司在江苏大丰设立海上风电产业基地;湘电风能公司收购荷兰离岸风机制造商Darwind，进入海上风电市场;海装风电公司开始建设“国家海上风力发电工程技术研究中心”;联合动力公司积极参与连云港和南通的海上风电项目等。鉴于我国海上风电产业骤然升温，统筹发展就显得尤为重要，而目前缺少的正是国家级海上风电发展专项规划。虽然国家能源局和国家海洋局于2010年1月份发布了海上风电开发建设管理暂行办法，但是还不足以成为指导海上风能发展的规划性文件。 并且，据业内人士透漏，“与陆上风电多建设在人烟稀少之地不同，海洋寸海寸金，各地方政府早已对自己的海域做出规划。显然，在生态农业、养殖、旅游以及沿海城镇经济诸多选择中，目前仅能盈亏“平衡甚至亏本的海上风电并不是各级政府的首选项目。在海上发展风电，不只是发改委、能源局说了算，海洋局是海域的直接管理部门，能源局的风电规划与海洋区域功能区划之间缺乏协调沟通，而地方利益在海上风电中也没有得到体现。”4故而，海上风能面临着行业内部的不协调以及政府部门的不协调。各个公司，各个地区各行其是，国家部门间也缺乏沟通统筹，从而使得海上风电发展困难重重。 6.1.2产能过剩，质量不高。 在2005年，政府规定，风电设备国产化率要达到百分之七十以上，从而导致我国风电设备厂呈井喷式的发展。然而，由于缺乏核心先进技术，反复引进国外落后技术等原因，导致国产部件寿命短，质量不过关，从而使得现存的海上风机的可靠性堪忧。 6.1.3成本过高，效益过低。目前，我国陆地风电项目造价平均在8000元/千瓦，海上风电项目造价在2万元/千瓦。17过高的成本压制了海上风电的盈利空间。另外，低收益也是影响海上风能发展的一个主要原因。目前国内海上风电的标杆上网电价还未出台，海上风电的上网电价还采取的是一事一议的特许权招标方式，而在海上风电项目特许权招标过程中，企业间的竞相压价大大压缩了最后中标企业的获利空间，这也导致了一些中标企业迟迟未能进行海上风电场建设。18 6.1.4技术支撑薄弱，核心技术较少 海上风电技术是当今风电技术发展的最前沿，相对于陆地风电，海上风电机组需要克服更加复杂、更加严峻的自然环境条件约束，在风电设备设计、研发、制造的各个环节，都要充分考虑海洋自然环境要素(如海洋水文条件、海床构造、海水腐蚀等)的影响，因此海上风电发展的技术要求比陆地风电要复杂很多。在海上风电设备制造虽然已基本形成生产体系，但产品仍有不少技术缺陷，在风场建设方面，我国海上风电场建设缺乏适应多种建设条件的施工设备，对海上风电技术的设计、施工技术装备、事故诊断及运行维护能力不足，在海上风电运营部分，离岸的变电站和海底电缆输电技术水平较低。同时，我国海上风电建设尚未形成相应的标准体系，在海上风电工程建设中的勘查、施工、运维等技术环节缺少有效指导，缺乏对海上风电技术和经济风险的有效管理，在海上风电全过程的建设中，技术标准和管理办法还不完善，在设备检测认证、信息跟踪等服务体系建设方面还不健全，同时在管理上也存在经验严重缺乏等问题。19 6.1.5没有成熟的产业链众所周知，产业链的成熟度与产业健康发展程度密切相关。我国和国际风电产业强国在海上风电产业链建设方面还存在不小的差距，打造中国海上风电产业的完整链条，形成海上风电产业的整体竞争力是我们需要统筹考虑的问题。我国海上风电产业链存在很多“短腿”。海上风电设备的技术要求相较于陆上风电设备更高，我国目前刚刚启动风电设备国产化的进程，海上设备制造技术仍需完善，这也给海上风电项目带来很大的投资风险，同时，缺乏专业化的基础设施技术，相关运输、安装、海缆铺设等技术及设备还处于探索阶段，海上升压站、先进海底电缆以及轻型直流输电技术装备还缺乏工程实践。此外，在海上风电运营模式上，需要进行统筹合理规划，协调产业上游、产业中游、产业下游各环节之间的关系，努力促使电网建设与海上风电投资的需求相适应，以降低潜在的项目运行风险，促进我国海上风电产业的健康发展。 6.1.6并网比例低。 由于风能的自身特性，导致风电的波动性、间歇性和不规则性，并网之后会对电网产生冲击，不利于电网的稳定，使风电对电网的贡献率低于百分之十。据分析，我国风电贡献率在百分之三左右对电网没有影响;在百分之五左右时可通过适当的技术措施减少影响;在百分之十时将给电网运行带来隐患。由于海上风电场施工难度和集中输变电、建设费用高等经济性问题，难以像陆上那样建成分布式风电场，必须大规模开发，而大规模海上风电场的开发，所发电能有可能让电网难以承受。目前，我国陆上风电因并网、限电等问题造成经营困难的不在少数，这也对大规模开发海上风电提出了警示。206.2发展建议： 6.2.1、政府扶持产业发展从国外经验来看，成功发展海上风电产业的一个前提是得到政府的大力支持。对于海上风电项目协调管理的缺失，将会为产业快速发展和资源有效配置付出代价。荷兰是这方面最好的反面典型，而丹麦、德国和英国对海上风电的支持力度很大。尽管我国出台了可再生能源法、可再生能源产业发展指导目录、可再生能源十一五规划等，但还需进一步细化海上风能开发的有关规定，完善政策体系，统筹产业发展，采取多种措施，包括固定电价、财政补贴、税收减免、低息贷款、强制配额等，推进政策具体落实。同时，应设立专门提供一站式服务的管理机构或建立部门间综合协调机制，为海上风电发展创造良好的体制环境。 6.2.2、提升核心技术含量目前国产化率高的海上风电产品，多集中在技术含量较低的设备上，因此需要加大自主创新的研发力度，努力提升核心技术含量。在学习国外先进技术的同时，还要加以吸收和转化，产品开发方式，逐步从“技术引进”转向“联合设计”，进而到“自主研发”，设计适应我国海洋环境、具有自主知识产权的产品。此外，还需要提高产品技术水平和工艺水平，提高批量化生产能力和质量可靠性，降低发电成本，使海上风能发电具有竞争优势，保证产业的长期稳定发展。 6.2.3、加快专业人才培养我国海上风电起步较晚，人才储备很不够。因此，一方面需要建立海上风电人才培养和储备计划，确定急需紧缺人才的领域和规模。另一方面，在更多的院校设置风能相关专业或方向，开设专业课程培养本科生和研究生;在科研机构里设立更多的海上风电研究课题，突破关键技术瓶颈;风电企业建立激励机制，创造良好环境，从实践中建立起一支高素质的专业技术队伍。同时，建立从理论到实践、从研究到应用相结合的模式，形成有效的“产学研”三方面一条线的培养机制，从而逐步培养出系统掌握风电理论并具有海上风电工程设计实践经验的复合型人才，确立我国海上风电技术领域的领军人物，组建优秀的海上风电领域人才队伍。 6.2.4、充分利用市场机制，发掘市场潜力。在社会主义市场经济下，我国发展海上风电产业不仅需要国家扶持和引导，还需要充分发挥市场作用。通过鼓励更多的投资者进人市场，扩大市场潜力，挖掘市场机会，带动上下游产业发展，加快产业集聚与资源整合，促进风电设备制造企业的优胜劣汰，打造多个拥有尖端技术的企业巨头，从而吸引更多项目开发投资，形成产业发展的良性循环。同时，构建海上风电产品认证检测体系，引人第三方认证机构负责设备质量的评定，鼓励国内风电设备制造企业之间合法正当竞争，进而提高国产风机质量，逐步使国产风机符合国际标准，应对大规模化发展所面临的挑战。7、未来发展趋势：7、1风电技术发展迅速，成本持续下降海上风电场总投资成本一般比陆上风电场总投资成本高出2倍左右，其中基础、安装及电网接入成本远远大于陆上。虽然建设成本相对较高，但海上风电场拥有优越的风资源，不占用陆地面积等显著优点，它的经济价值和社会价值正得到越来越多的认可。同时海上风电场安装容量的增加、风机尺寸和风机布置规模的扩大、大功率风机的研制开发和安装运输技术的成熟，海上风电成本及运营成本也在逐步下降，海上风电将得到进一步的发展。 欧盟委托欧洲风能协会制定风机发展的标准和认证体系，协调各个风机制造商，在技术创新的同时，把相对稳定机型和频谱、避免机型出现混乱、增加零部件的通用性和互换性、提高可靠性和稳定性、降低发电成本作为重要目标。过去的发展更多的是依靠技术进步，以后更多的是依赖于规模化、系列化和标准化降低成本。一旦大规模投入市场，通过规模化、系列化和标准化，可以大幅度降低售价，从而降低发电成本。世界风能理事会估计，到2020年，海上风机的造价可以降低40%以上，发电成本可以同幅下降。国外有关机构也对如何降低海上风电成本进行了研究，提出了以下应对措施:提高海上风机的可靠性，延长使用寿命，提高免维护时间，降低维护和维修费用;适当大规模开发，合理安排施工时间;充分利用已知海洋地质和气象资料，减少开发初期投入;适当降低噪声要求和塔架高度，降低造价。7、2 政府支持仍然是欧洲海上风电发展的主要因素海上风电是当前提倡的低碳经济发展项目之一，政策的积极支持是海上风电产业发展的主要因素。海上风电利用海上风能资源，是一种清洁的可再生能源，与传统的燃煤发电相比，海上风电不依赖外部能源，没有碳排放等环境成本，不会造成大气污染和产生任何有害物质，是理想的绿色能源。正是因为有这些独特的优势，风力发电逐渐成为许多国家可持续发展的重要组成部分。尽管风电成本开始大幅度下降，在资源好的条件下，在考虑环境外部成本特别是碳税的情况下，基本上可以同煤电和油电相竞争，但是风电由于其间歇式等技术问题，需要政府的协调和支持，才能有效地发挥电网企业的积极性，突破风电上网瓶颈，保障风电的顺利发展。欧盟把发展可再生能源作为应对气候变化、能源来源多样化、保障能源安全和经济发展新的增长点的重要措施，制定若干政策和机制，积极推动可再生能源的发展。为了发展海上风电，欧盟已经决定建设环大西洋欧洲沿岸的海底电缆网，为海上风电的输送和调度提供基础设施保障，现在已经进入勘探设计阶段。在风能资源普查方面，欧盟绘制了统一的风能资源图，还配合海上风电开发，开始绘制海上风能资源图，为风电的开发奠定数据支持基础。7、3向大型化大型化、深海化方向发展。1990年，海上风电在刚开始发展时，单机功率只有200千瓦，到2000年，第一台兆瓦级的海上风机被研制出来，这中间花了整整十年。随后，从2000年到2007年，陆续出现了1.5MW、2MW、2.3MW、3MW、3.6MW、5MW的海上风力机。到现在，已经出现了6MW、10MW、12MW的海上风力发电机。21从这些数据可以得知，世界上的海上风机都在朝着大型化发展。而离岸距离也在不断发展着。1990年瑞典的Nogersund风电场离岸距离也只有250米，到2008年时，比利时的Thomton Bank风电场的离岸距离就达到了30千米。22由上可以得知，随着技术的发展、能源的需求，海上风力机的离岸距离将会越来越远，吃水深度将会越来越深。海上风电场的深海化之路必将势不可挡。7、4直驱式风机不断增加海上风机由于其特殊的环境，导致了海上风机的巡检以及维修费用极为昂贵。而直驱式风机，结构简单，零部件比较少且不用安装齿轮箱，能有效的减少由于齿轮箱问题而造成的机械故障。可以有效的提高系统的运行可靠性和使用寿命，减少维护成本。故而，为了减少维护成本，提高利润空间，直驱式风机在未来必将得到大量使用。 7、5 控制技术日趋智能在未来海上风机的设计中，智能化将是海上风机一个重要发展方向。鉴于风电机组的极限载荷和疲劳载荷是影响风电机组及部件可靠性和寿命的主要因素之一。近年来，风电机组制造厂家与有关部门积极开展风电机组的最优运行和控制规律的研发。通过采用智能化控制技术与整机设计技术结合，努力减少和避免风电机组运行在极限载荷和疲劳载荷。可以说，智能控制技术逐步成为风电控制技术的主要发展方向。8、结束语：海上风电技术经过近20年的发展已经得到了较大提高。但海上风能开发的主要问题在于成本