我上风电现状及分析

1、第 4 卷 第 2 期新 能 源 进 展Vol. 4 No. 2 2016 年 4 月ADVANCES IN NEW AND RENEWABLE ENERGYApr. 2016文章编号：2095-560X（2016）02-0152-07我国海上风电现状及分析*文 锋（上海电力设计院 ，上海 200025）摘 要：海上风电是近年风电开发的热点，本文首先回顾了我国海上风电的开发现状，从开发地区、水深、地质条件和基础形式等角度，总结了我国海上风电的特点；接着对未来海上风电的成本和 的电价补贴 进行了展望； 最后列举了一些与海上风电相关的新 。：近海；风电场；综述；潮间带号：TK89；P752文献标志

2、码：Adoi：10.3969/j.issn.2095-560X.2016.02.012Developments and Characteristics of Offshore Wind Farms WEN Feng(Shanghai Electric Power Design Institute Co., , Shanghai 200025, )Abstract: Offshore Wind Farm (OWF) becomes hot topic in recent years. At the very beginning, developments of OWF in are review

3、ed. The characteristics of OWFs are then discussed based on location, water depth, geological conditions and types of foundation. Later, the investment of OWF and subsidy from government are forecasted by analogies and comparisons. At last, many new progresses are presented.Key words: offshore zone;

4、 wind farm; review; inter-tidal zone© 2016新能源进展0 引 言风能是一种分布广泛的清洁能源，早在公元前就被用于提水、磨面等生产活动， 风能用于发电并使之成为一种电力资源却源于 1973 年爆发的第一次世界石油 ，当时欧洲发达 为了摆脱对石油的依赖，转而寻找新的能源，加大了风电的开发力度1，这也成为大规模开发风电的起点。经过四十多年的发展，风电完成了从分散小规模风电到专门大型风电场、小功率风机到大功率风机以及从陆上到海上的转变。风电场按位置可分为陆地风电场和海上风电场。陆地风电场安装、检修方便，但占用土地、静风期多及风场湍流强度大、影响风机 等

5、问题； 相比之下，海上风电场有风速大、静风期少、湍流强度低和不占用陆地土地的优势，且海上风电 靠近 ，电力输送和消纳都有保障，不用担心弃风问题，同时水路 便于大功率、大直径风机的运送，风机 方便。拥有诸多优势的海上风电被认为是未来风电的发展 备受瞩目。20 世纪 90 年代欧洲开始建设海上风电场，并一直走在全球海上风电开发的前列。截至 2014 年底，世界海上风电装机总容量约 8 759 MW2，而绝大部分（约 91%）海上风电分布在欧洲。我国于 2007 年安装了首个海上试验风机平台，目前已有数个海上风电场投入运行，但总体上看，我国海上风电起步晚，相关产业发展不成熟，发展道的和机遇并存。相比

6、陆地风电，海洋环境的复杂性和差异性导致海上风电从设计到施工都 诸多不确定性，海上风电的技术难度和项目风险也明显增加。本文对我国海上风电的现状和特点进行了总结和分析，从中可看到我国海上风电的发展历程和特点，可为今后海上风电的发展提 参考。1 开发现状海上风电建设区域由近及远依次为潮间带，潮下带滩涂，近海和远海区域。潮间带是指大潮期的最位和大潮期的最低潮位间的海域；潮下带滩* 收稿日期：2016-01-02修订日期：2016-02-14 通信作者：文 锋，：wenmail第 2 期文 锋：我国海上风电现状及分析153涂 指最低潮位到 5 m 水深内的海域；近海指最低潮位以下 5 m 50 m 的海

7、域，远海为最低潮位以下 50 m 及以上水深的海域。目前已建成海上风电场均为近海风电场。1.1 概况1986 年 4 月，山东荣城陆上风电场并网发电， 是我国第一个并网发电的风电场；2007 年，中海油公到 2015 年底海上风电装机总容量和当年新增装机容量见表 1。由表可知，我国海上风电年新增装机容量值波动较大，但从 2010 年开始，除 2013 年外， 各年新增电装机容量均超过 100 MW，2014 年新增装机容量首次超过 200 MW。表 1 我国历年海上风电装机总容量Table 1 Accumulated installed capacity of offshore wind fa

8、rm年份累积（MW）当年新增（MW）20071.51.5200917.5162010153135.5201126210920123891272065823020151 004346司利用废弃的渤海湾绥中海上油田导管架基础，建立 了我国第一座海上风电风机，装机容量 1.5 MW，作为试验性海上风电项目，拉开了我国海上风电开发的序幕。我国拥有漫长的海岸线，海上风能资源丰富， 根据 2009 年气候中心的评估结果，离岸 50 km 范围内的可开发风能资源为 7.58 亿 kW·h3。丰富的海上风能为我国的海上风电开发提供了可能性，经过数年发展，我国海上风电已经初具规模，2007 年表 2

9、海上试验风电项目一览表Table 2 Testing offshore wind turbines编号项目名称执行方总装机容量（MW）总装机台数风机供应商机组容量（MW）装机台数 建成时间1 辽宁渤海湾绥中油田中海油1.51科技1.5120072 上海临港风电试验项目上电，申能3.61上海电气3.612010远景能源1.521.522.51联合动力1.52三一电气22明阳风电3 江苏如东潮间带试验项目国电 32162010上海电气22重庆海装22科技2.51华锐风电324*江苏响水近海试验项目（T1）三峡新能源21上海电气212011科技2.512011315* 江苏响水潮间带试验项目（T2-

10、T5）三峡新能源10.54上海电气212011汽轮机3120136上海东海大桥试验风电场上勘院8.62上海电气3.612011华锐风电517山东滨海海上风电一期国电 31联合动力3120128江苏如东潮间带试验项目国电 102重庆海装5220129福建福上风电项目福建投资51湘电风能51201210山东潍坊试验风电场国电 61联合动力61201211天津滨海风电国电 2718联合动力1.518201312国电 5 MW 样机项目国电 51汽轮机51201313如东潮间带试验风机国电 41远景能源412013小计118.250“*”表示入选项目。154新 能 源 进 展第 4 卷1.2 我国已建

11、成海上风电项目我国海上风电项目 海上试验性风机项目和海上风电场项目，目前已建成海上试验风机项目如表 2 所示，多数建成于 2014 年之前，海上试验风电项目所获得的 资料可用于评估该海域风电开发的可行性，为后续大规模开发提供参考和积累经验。到 2014 年底，除了试验风电项目外，我国业已建成数个规模化的海上风电场，如表 3 中编号 1 7 所示。其中东海大桥一期和二期风电场海域水深约为 10 m，除此之外，其他已经建成的规模化风电场均位于潮间带。根据海上风电的“双十”标准：即水深不小于 10 m，离岸距离不少于 10 km，目前我国所有已建成的海上风电场均不满足这一标准。中广核如东海上风电示范

12、项目是我国第一个真正满足“双十” 要求的在建风电场，项目区域水深在 4 15 m 之间，距离海岸 25 km，该工程已于 2015 年 5 月开始桩基施工，9 月完成首台风机吊装。表 3 中编号 8、9 给出了 2015 年我国已经建设完成的海上风电场情况（不含在建风电场中已经完成部分），其中如东示范项目扩建工程（200 MW）完成剩余建设工作，全部建成投产；由中水新能源公司投资的100 MW 的二期80 MW 项目也完成建设，两个工程均为潮间带项目，建成后并网容量共计 224 MW。Table 3 Built offshore wind farm(up to Dec., 2015)表 3 我

13、国已建成海上风电场一览表（截至 2015 年 12 月）编号项目名称开发总装机容量（MW）装机台数 平均水深（m）基础形式千瓦投资建成（元/kW）时间1 上海东海大桥风电场一期上海东海风力发电公司2 江苏如东潮间带示范风电场国电 34×3=1023410砼高桩承台26 6672010.217×3+21×2.38+58潮间带单桩/导管架16 6672011.1220×2.5=1503 江苏如东潮间带增容项目国电20×2.5=5020潮间带单桩/导管架2012.104* 江苏如东海上风电场（一期）水电新能源公司10×2=2010潮间带多桩

14、承台15 1002014.55上海东海大桥风电场二期上海东海风力发电公司27×3.6+5×1=102.22810砼高桩承台19 2002014.116* 江苏如东海上风电示范项目国电14×4=5614潮间带单桩/导管架14 9642014.127*如东潮间带试验项目增容国电6×4+5×5=4911潮间带单桩/导管架2014.10江苏如东海上风电示范项目8*国电36×4=14436潮间带单桩/导管架14 9642015.6扩建工程（200 MW）扩建工程（200 MW）9*江苏如东海上风电场(二期)水电新32×2.5=8032

15、潮间带多桩承台/导15 1002015.12能源公司管架小计753.2243“*”表示入选项目。1.3 在建和核准海上风电项目我国目前仍在建设的海上风电场如表 4 所示，共 11 个项目，装机总容量约为 2 307 MW，其中部 始进行基础施工或安装风机，已完成安装风机装机容量为 134 MW。表 5 为目前已经核准的海上风电项目，6 个项目共计 1 240 MW，这些项目已经完成前期准备，只要施工条件满足，即可开工建设。2014 年 12 月能源部公布了能源局关于全国海上风电开发建设方案（2014-2016）的通知4，通知中 44 个海洋风电场入选规划，装机总容量达 10 530 MW，表

16、2 表 5 编号中标有“*”均为入选项目。截至 2015 年 12 月，规划中的 44 个海上风电项目仅有 4 个建成、装机总容量 362 MW，在建 10 个、装机总容量 2 307 MW，待建 5 个、装机总容量 1 240 MW，其余 25 个项目正在开展前期工作。第 2 期文 锋：我国海上风电现状及分析155Table 4 Building offshore wind farm(up to Dec, 2015)表 4 我国在建海上风电场一览表（截至 2015 年 12 月）编号项目名称开发总装机容量（MW）<已安装>（MW）平均水深基础形式（m）千瓦投资（元/kW）1*江苏

17、响水近海风电场项目响水长江风力发电有限公司37×4+18×3=202<8×4=32>6 12高桩承台单桩20 1002上海临港海上风电场（一期）上海临港海上风力发电 17×6=1025高桩砼低承台17 6003*中广核如东海上风电厂江苏大丰海上风电中广核38×4=152<14×4=56>3 14单桩单桩4*项目国电50×4=2000 1517 400导管架5*莆田平海湾一期国电10×5=50<2×5=10>0 19多桩承台/复合筒22 2006*如东海上风电场（如东 H

18、12#）东台 200MW 海上50×4+20×5=3000 18.6高桩承台/单桩16 8007*风电项目鲁能集团56×3.6=201.6三桩导管架8*江苏滨海 300MW大唐发电100×3=30017 19三桩导管架16 700海上风电项目江苏滨海北区9*H1#100MW 海上风电场中电投25×4=100<5×4=20>6 13单桩16 90010* H1国电 100×3=3000 17单桩/三桩17 70011*莆田市南日岛一期国电100×4=400<4×4=16>小计2307

19、.6<134>5 30高桩低承台18600“*”表示入选项目。Table 5 Approved offshore wind farm(up to Dec, 2015)表 5 核准待开工海上风电场一览表（截至 2015 年 12 月）编号项目名称开发 总装机容量（MW）风电场位置1*南港海上风电项目一期工程水电新能源公司90天津滨海新区2*唐山乐亭菩提岛海上风电场 300MW 示范工程河北建投300唐山市乐亭县3*国电唐山乐亭月坨岛海上风电场一期项目国电电力300唐山市乐亭县4*东台 H2#国华300盐城市东台市5*舟山普陀 6#海上风电场 2 区工程国电电力250舟山市普陀区小计1

20、 240“*”表示入选项目。我国已建成海上风电场总容量约 870 MW（见表 2 和表 3），在建风电场中已经安装完成部分总容量约 134 MW（见表 4）。截至 2015 年底，我国已完成安装海上风机总装机容量超过 1 000 MW，在建2 300 MW，待开工 1 240 MW，但这与“十二五”规划5中到 2015 年建成 5 000 MW 海上风电的目标156新 能 源 进 展第 4 卷仍相距较远，总体进展较为缓慢；规划中的另一个目标：到 2020 年建成 30 GW 的海上风电，实现起来也是任重道远。2 特点分析从 2007 年第一个海上风电项目建成至今，海上风电在我国实现了从无到有，

21、从小到规模逐现的发展历程，纵观我国建成、在建或规划中的海上风电项目（见表 2 表 5），我国海上风电建设的特点分析如下。2.1 开发地区目前已建成海上风电场主要集中于江苏和上海，两个地区均为 ，电力需求大。上海为鼓励海上风电，对上网海上风电进行补贴，每度电补贴 0.2 元，为期 5 年，补贴总额不超过 5 000 万元；在江苏如东已建成潮间带风电装机容量超过600 MW，实际上这一地区风资源并非最好，仅为三类风场，能获得如此快速的发展，与当地 积极引入、鼓励海上风电的 分不 了这两地， 福建、浙江、河北和广州等地也都有在建或规划的海上风电项目，预计 后各沿海省份都将拥有自己的海上风电场。2.2

22、 风电场位置海上风资源 遵循离岸越远，资源越 规律。我国目前已建或在建风电场，均建设在近海区域。已建成的海上风电场中，上海东海大桥一期和二期水域水深约为 10 m，其他均位于潮间带区域。从陆上风电到海上风电，增加潮间带风电作为过渡阶段，这既是一种稳妥的策略，也是根据我国海上风电安装技术现状做出的折中方案。在建和规划的海上风电场中，情况有所改观，项目所在海域最大水深 超过 10 m。如中广核如东风电场最大水深达 15 m，莆田平海湾项目最大水深达 19 m。但也应该看到，这与欧洲海上风电仍有较大差距，如 2013年和 2014 年欧洲海上风电平均水深分别为 20 m 和22.4 m，离岸距离为3

23、0 km 和32.9 km6，英国Beatrice海上风电场水深更是达到 45 m，对设计和施工均提出了新的。2.3 地质条件我国近海区域海床表层土多为淤泥或粉质黏土， 含水量高，承载力小，且厚度较大，工程力学性质差，风机结构在浪、流等荷载作用下，产生巨大的水平力和倾覆力，为抵抗这些作用力，风机基础必须到更的海床土中。在欧洲，海上风电海域的海床基本以砂质海床为主，承载力高，在相同荷载工况条件下，我国海上风机基础的建设成本将更高。值得注意的是，早期海上风电场所采用风机单机容量不超过 3 MW，而目前在建海上风电场风机单机主流容量为 4 MW 5 MW，单机容量的增加， 意味着更大的倾覆力，基础的

24、 也必须相应增加， 中广核如东海上风电项目选用 4 MW 风机，单桩基础最大直径已经达到 6.7 m，桩长 94 m。对于单桩，因为海床条件差，表层的淤泥 约束力几乎可以忽略，也意味着桩基悬空段增加，桩基承载力也会因此降低，DNV 规范7中认为单桩基础适用于 25 m 以内水深的原则，在我国海上风电开发中需要慎重对待。2.4 基础形式，海上风机基础形式选择要考虑多方面因素：一方面海上风机基础投资占总投资的 20% 30%，必须考虑基础的 性以 建设成本；另一方面， 海上风机基础施工环境不同于陆上，施工难度大， 必须考虑 方式和安装条件。目前海上风电常用固定式风机基础 ：单桩基础、多桩承台基础、

25、三脚或多脚架基础、导管架基础、重力式基础和吸力桶基础8-9，以上基础适用于 50 m 以内的水深环境，而 50 m 以外水深固定式基础性较差 认为应该采用漂浮式风机基础。以上固定式基础在我国海上风电试验项目或风电场项目中均得到了应用。值得一提的是，在如东潮间带试验风电项目中，混凝土承台基础、多脚架基础及单桩基础先后被应用于该试验项目10，为后来潮间带风电开发提供了宝贵的经验。而带有本土特色的高桩承台基础首次被用于东海大桥一期项目，该区域水深约为 10 m，通过出水面高桩使承台露出水面，降低了波浪对承台的作用力，便于混凝土承台的施工，同时避免了水下灌浆，减小了施工难度，但高桩承台中作用在群桩上的

26、 等海洋荷载较大，影响其 性，选用时应加以考虑。单桩基础是目前世界上应用最多的海上风机基础形式，近几年欧洲新增海上风电场 80%以上采用了这种基础形式，其优势在于：在工厂预制可以保证钢管桩质量，现场施工程序相对简单，工作量较其他基础小，是一种十分 可靠的基础形式。考第 2 期文 锋：我国海上风电现状及分析157虑到我国海上风电场都位于近海浅水区，理论上很适合单桩基础， 目前单桩基础在我国海上风电中的应用并不普及。究其 在于我国缺少大型单桩的施工器械，同时潮间带较浅的水深也使得施工船航行 ，今后随着海上单桩基础施工力量的增强和海上风电向深水区迈进，单桩基础在我国海上风电中的应用会更加广泛。3 展

27、 望海上风电是一个高风险和高投入的项目，我国海上风电发展现状与规划间的差距也说明发展过程中难免遇到各种不可预见的问题。积累开发经验， 关注和借鉴国际海上风电的动态和经验，降低海上风电投资成本，将是今后我国海上风电开发工作中的重要内容。3.1 建造成本到目前为止，海上风电发展最大的问题依旧是成本问题。目前陆上风电千瓦投资约为 8 000 元，但从表 3 表 4 中可以看到，海上风电每千瓦的投资少则 16 000 元，多则高达 22 000 元，因为环境改变引起的成本增加成为掣制海上风电发展的最主要因素。对于海上风电成本的未来发展，可以分别参考近年来陆上风电成本和海上风电成本变化趋势。对于陆上风电

28、，2009 年投资成本约为 10 000 元/kW，经过几年迅速发展，到 2015 年，投资降为约 8 000 元/kW， 下降了 20%，规模化来了明显的成本下降。对于海上风电，以东海大桥海上风电一期和二期为例，这两个工程所处地段和自然条件相近，装机容量也很接近（分别为 102 MW 和 102.2 MW），一期建成于 2010 年，是我国第一个大规模海上风电场，当时千瓦成本为 23 186 元/kW11，二期建成于 2014年，投资成本为 19 207 元/kW，相比于一期，投资成本降低了 17%，降幅明显。国外对未来海上风电投资成本也有分析。根据英国 Crown Estate 集团的研究

29、报告12和欧洲能源协会（EWEA）2015 年的报告13，认为到 2030 年通过采取措施，可使海上风电成本降低 25%。这些措施：采用大功率海上风机，提高风能利用率（9%）；鼓励竞争，提高效率（7%）；海上风电不断扩容，使海上风电（7%）；完善风机供应及安装供应链（3%）。综上所述，未来海上风电投资成本还将有较大的下降空间，其下降水平与海上风电及相关产业发展密切相关，相互影响，实现规模化开发将是海上风电成本下降的关键因素。3.2 电价补贴在推动海上风电发展方面，我国采用 补贴、提高上网电价来鼓励海上风电投资。除了 层面的补贴，有的地区为了吸引海上风电投资入驻当地， 对建设在该地区的海上风电进

30、行再次补贴或提供优惠条件。这种做法其实并非我国独创，英国作为世界上海上风电装机容量最大的 ，为了利用北海和的海丰富的风能，也出台了类似的海上风电补贴 。随着海上风电 成本的降低，英国于2015 年开始降低对海上风电的补贴力度，目标很明确：从扶着走路，到让海上风电真正自立行走，自负盈亏，未来取消补贴将是必然。分析英国对海上风电的补贴 变化，可为我国的海上风电 补贴发展趋势提供参考：补贴会随着海上风电成本的降低而逐渐减少，补贴额度与海上风电发展速度相关，海上风电越快，必然带来规模化生产，成本也会相应降低，补贴额度也会随之减少。当 补贴取消时，说明海上风电已经到了可以实现与其他类型电力相竞争的时候，

31、此时海上风电的清洁能源属性将进一步促进海上风电的发展，迎来真正的海上风电。3.3 技术动态通过降低海上风电成本以增加海上风电的竞争力，是未来海上风电发展的主要任务。通过减少现场安装工作量、提高风机效率及获得更 风能资源等 可以有效降低海上风电成本，目前在这些方面已有一些尝试， 风机施工、智能风机和漂浮式海上风电装置。（1） 风机海上施工环境较陆地苛刻，安装效率低，成本高，海上风电安装施工应该尽量减少海上施工部分占施工总量的比重。例如单桩基础，大部分工作在陆地上完成，海上施工较其他基础施工简单，是目前海上风电中采用最多的一种基础。2010 年出现了一种采用复合筒作为基础的整机 风机，该基础采用桩

32、基与桶基础的结合，兼有单桩基础和重力式基础的特点。该项技术最大的特点是将传统需要海上安装的工作几乎全部在陆地158新 能 源 进 展第 4 卷进行，风机在海上的安装在数小时内即可完成，像“种树”一样安装风机，极大提高了安装效率，降低了海上风电的成本，有望成为未来海上风电的一个新发展趋势。（2） 智能风机提高风机发电量比较直观的是增大风机叶片直径，通过增大扫风面积以提高捕风量，因此大功率风机是风机发展的一个方向。目前单机装机容量最大已经超过 6 MW，叶片直径超过 130 m，但智能风机却是从提高风能转化率角度来提高风机效率。风机在风速达到某一风速时风机达到额定发电功率，即为 状态，此时风速被称

33、为额定风速。为了实现风机 ，当风速大于额定风速时，必须将部分风能卸掉，而当风速小于额定风速时，需尽可能的捕获风能。为了提高风能转换率，通过分析、 时刻变化风场的风速来智能调控风机叶片的角度使风机达到 状态，这就是智能风机。智能风机的功率 是关键，而 必须得到实测的风速数据，获得风场的变化“习性”。研究表明智能风机发电效率相比传统风机可提高 20%，其效益相当可观。（3） 漂浮式海上风电场目前海上风电场都建在水深不超过 50 m 的近海区域，采用固定式基础，而未来海上风电有望走向超过 50 m 水深地区，固定式基础将变得非常不经济，漂浮式基础将更具竞争力。漂浮式海上风电场的优势 ：离海岸远，风能

34、更丰富； 漂浮式风机便于 ，出现故障便于 维修；采用锚链固定的漂浮体，可反复利用；为近海海水较深的地区开发海上风电提供了解决方案，如 和美国的部分海域。漂浮式海上风电作为概念很早就被提出，但目前漂浮式海上尚在试验之中。挪威、 等国目前都建立起了漂浮式试验风机，功率分别为 2.3 MW和 2 MW，英格兰于 2015 年 11 月批准建立一个由 5 台漂浮式风机组成的漂浮式海上风电场，是同类型海上风电场中总装机容量最大的一个。漂浮式海上风电场目前还有些技术难题需要解决，例如风电场 远离海岸，必须考虑电力的输送和变电问题。DNV 首个漂浮式海上风电结构设计规范14已于 2013 年推出，这将为漂浮式海上风电场设计开发提供 的技术支持。4 结 语、，总结了国内海上风电现状，分析了海上风电项目地域、水深、地质条件、基础形式等方面的特点； 讨论了海上风电成本 补贴及风电技术。通过对比，得出海上风电成本未来会进一步降低 对海上风电电价的补贴力度将会随着海上风电的发展将降低的结论。未来海上风电深海、采用智能风机和风机，可望成为降低海上风电成本的重要 ，引领未来海上风电开发的新方向。参考文献：1. 从世界发展趋势展望我国风力发电前景