海上風電場規劃的主要影響因素分析

何 杰，趙 鑫，楊家勝

(長江勘測規劃設計研究院新能源公司，武漢 430010)

1 前言

近年來，在國家開發利用可再生能源政策推動下，我國風電產業迅速發展。全球風能協會發布的最新報告顯示，2009年中國成為全球第二大風電市場，總裝機容量達2．51萬MW，僅次于美國，其中新增裝機容量1．3萬MW，連續5年翻番，增速引領全球風電產業［1］。與此同時，建設用地、電網條件以及環保等因素對陸地風電發展的制約作用也日益突顯。而我國近海豐富的風力資源、地廣人稀的海岸灘涂地帶和島嶼，以及東南地區繁榮的電力市場，都為我國發展海上風電提供了有利條件。2009年4月國家能源局發布了“海上風電場工程規劃工作大綱”(國能新能(2009)130號)(以下簡稱“大綱”)。“大綱”規定本次規劃工作的范圍主要為灘涂和近海風電場，其中灘涂風電場包括潮間帶和潮下帶，指理論多年平均高潮位線以下至理論最低潮位5m水深海域開發的風電場;近海風電場指理論最低潮位以下5～50 m水深海域開發的風電場。“大綱”提出以資源定規劃、以規劃定項目的原則，要求對沿海地區風能資源進行全面分析，初步提出具備風能開發價值的灘涂風電場、近海風電場范圍及可裝機容量，這意味著全國海上風資源評估和規劃工作正式拉開了帷幕。

2 中國海上風電規劃與開發現狀

廣東、上海、浙江、海南、河北、山東等沿海省份都制定了各自海上風電發展規劃，一些海上風電項目也相繼規劃成型。其中，江蘇省近海風電技術可開發量約1 800萬kW，海岸帶面積最大，其中灘涂面積在5 000 km2，具有沿海風能資源和技術開發雙重優勢，其規劃很具有代表性。《江蘇千萬千瓦級風電基地規劃報告》中提出，到2010年建成180萬kW，其中陸上150萬kW，潮間帶30萬kW;2015年建成580萬kW，其中陸上240萬kW，潮間帶200萬kW，近海140萬kW;2020年建成1 000萬kW，其中陸上300萬kW，潮間帶250萬 kW，近海450萬kW。

針對各自規劃，中國海上風電開發也取得實質性的進展。2007年11月8日，中海油在距離陸地約70 km的渤海灣，建成我國第一個海上風電站——中海油綏中36－1風電站。風電站通過長約5 km的海底電纜送至海上油田獨立電網。

2009年9月4日，總裝機容量達到102 MW的我國第一個大型海上風電場——東海大橋海上風電場示范項目首批3臺機組正式并網發電。截至2010年2月底，先行試運轉的3臺風機在5個多月里累計發電735萬kW·h。

3 海上風電場規劃的主要內容和影響因素

海上風電場規劃的主要內容包括場址選擇、建設條件和建設方案、規劃裝機容量、接入電力系統初步方案、環境影響初步評價、投資匡算和確定開發順序等［2］。規劃海上風電場的過程中，需要綜合考慮多種因素，其中比較重要的因素有以下幾方面。

3．1 海上風資源評估

風能資源評價是發展風電的前提，是進行風電場選址、機位布局、風機選型、發電量估算和經濟概算的基礎。這一點在投資風險大的海上風電開發中表現得尤為突出。然而海上風資源的評估工作相對困難。主要由于我國近海風資源普查和詳查工作還比較薄弱，尚缺乏高分辨率的近海風能資源圖譜。目前海上氣象實測資料主要來源于船舶氣象觀測、石油平臺氣象觀測、浮標、島嶼氣象站觀測以及科學考察觀測。其中石油平臺、浮標、島嶼氣象站觀測為定點、定時、連續觀測，覆蓋區域較小;而船舶觀測多集中在航線附近，而且觀測次數有限。因此，為評估某局部海域的風能狀況，通常采用數據推算和模型模擬的方法，但受地表粗糙度、大氣穩定度以及模型可靠性等因素的影響，計算結果必然存在一定的不確定性，不利于準確分析風能資源、設計風機容量及預測發電量和經濟性。例如，綏中油田風電項目就是以渤海海域代表性測風點多年平均風速資料作為參考依據進行推算評估的。就目前機組運行情況看，對風資源的估計略為保守。

所以，在海上風電場開發前期，在規劃海域定點測風還是十分必要的。一種是在海面樹立固定測風塔測風，通常采用單樁基礎，高度在50～80 m，優點是測量準確性高，但成本也高。另一種是采用漂浮式測風設備，高度約為10 m，成本低，但不確定性大。實際中也可以結合使用:在項目初期先安裝成本較低的漂浮式測風設備，待項目成熟后再安裝固定式測風塔。最終將飄浮塔測量的長期數據與固定塔測量的短期數據進行相關性分析，在有效減少海上風能評估的不確定性的同時，還降低了海上測風的成本。

3．2 海床和地質條件

在規劃階段，進行海床和地質條件勘察，可以為近海風電場風力發電機組布局、基礎設計、電纜路徑設計和環境影響評價提供第一手資料，有助于詳細分析項目技術和經濟的可行性，把由于不可預測的現場自然條件引起的潛在風險降到最低。風力發電機組基礎費用占陸上風電場很小的一塊，而對于近海風電場項目則是很大的一塊，可能占到工程成本的20%～30%。海床條件等自然因素，不僅關系到支撐結構和地基的設計，而且還對安裝技術及花費有重要影響。歐洲經驗表明，節約地表調查是錯誤的節約，其結果會導致運作過程中花費巨大。海底條件還對電纜安裝有重要的影響。歐洲早期的風電項目的經驗表明，由于缺少對于海底條件的了解，結果使電纜的安裝費用增加了3倍。所以風電場規劃中的海床和地質勘察非常重要。

3．3 海洋氣象條件

一般來說，海水越深，海浪和潮流對風力發電機組地基的沖擊越大。一般近海風電場布置在淺水區以減少地基成本，然而，這可能增加潮汐流、風暴潮和土砂流失等風險，從而使風力發電機組地基受到沖刷效應的影響。同時，如果在我國北方建立海上風電場，那么每年冬季海面上的浮冰將會是風機安全的最大威脅。而在我國南方，臺風又成為了風電場安全的“第一殺手”。一般來說，風力超過10級時，對風電的破壞性很大，可以直接摧毀外部設備，也可能因轉速過快導致機器燒毀。因此，在規劃階段收集海洋水文氣象條件并對其進行充分和仔細的評估是非常重要的，它可以為風電場抵御各種惡劣海上氣象災害的設計提供重要基礎。海洋氣象條件觀測的主要內容包括溫度、氣壓、水溫、波浪、潮汐、海流、冰凌、水流泥沙運動和波浪泥沙運動等。通過對這些氣象因素的觀測與分析，可以為海上風電規劃提供充分詳實的數據，有效避開規劃不利區域，增加規劃的可實施性。

3．4 運輸條件

近海風電設備運輸和安裝是項目建設過程中的一個難點。近海風電設備的吊裝一般分為整體吊裝和分體吊裝兩種方式，整體吊裝方案全部在陸上組裝完成，可有效縮短海上工作時間，降低海上施工風險;分體吊裝方案根據吊裝設備的性能，將風機分為4個或5個部分分別運輸并吊裝。無論是整體吊裝還是分體吊裝，都需要選用大型船舶作為運輸工具，船舶運輸的好處是不受道路的限制，但是其受氣候因素影響嚴重。因此，在規劃的過程中要充分考慮到施工運輸的成本，盡量選擇惡劣天氣少并且靠近大型港口的區域，可以為海上風電設備運輸和安裝提供良好的交通基礎。

3．5 并網條件

風能的自身特性導致風電的波動性、間歇性和不規則性，使風電對電網的貢獻率低于10%。貢獻率在3%左右對電網沒有影響，5%左右時可通過適當的技術措施減少影響，10%將給電網運行帶來隱患。海上風電場由于施工難度和集中輸變電、建設費用高等經濟性問題，難以向陸上建成分布式風電場，必須大規模開發，而大規模海上風電場的開發，所發電能有可能讓電網難以承受。

因此，有必要在規劃階段充分重視規劃風電場的并網問題。結合規劃風電場所在地區電力系統的用電要求、負荷特性、網絡結構、電源組成等現狀及電力發展規劃，海上風電的規劃應與電網規劃相協調，努力實現風電與火電、水電、核電等電源的電網接入同時規劃，提前施工。

3．6 省級規劃和全國規劃

海上風電發展規劃分為全國和沿海各省(區、市)海上風電發展規劃兩個層級。全國和沿海各省(區、市)海上風電發展規劃應當符合全國和沿海各省(區、市)海洋功能區劃，與全國可再生能源發展規劃、海洋經濟發展規劃相協調。與陸地風電建設相比，復雜的海洋自然條件以及較高的技術要求，使得海上風電的選址和建設難度大大提高。海上風電發展規劃的編制必須符合海洋功能區劃，規劃海域應當向深海布局，盡量遠離岸線和海涂，以減少風電場對岸線、視野、景觀和鳥類棲息的影響;規劃海域應當避讓交通設施、城鎮建設和臨港工業圍填海等可用于用海效益高的開發形式的海域，以免對未來的深度開發造成不利影響。海上風電開發建設項目必須符合海上風電發展規劃，同時國家通過海域供給、海洋環境保護、開發權許可等手段保障海上風電健康發展。

4 結語

我國海上風電建設應當堅持先編制發展規劃，以規劃為指引，再開展具體項目建設的原則。目前我們需要做好開發海上風電的前期工作，主要包括合理規劃、加強測風等工作，同時通過合理的電價和稅收政策引導市場，積極促進海上風電示范項目的建設，通過示范項目推動核心設備研發和技術進步，降低海上風電建設成本，爭取為將來大規模開發海上風電提供良好的技術基礎和經濟基礎。

［1］ 世界風能協會．2009年世界風能報告［J］．風能設備，2010，(5):17－25．

［2］ 水利水電規劃設計總院．近海風電場工程規劃報告編制辦法(試行)［S］．北京:中國水利水電出版社，2008．