石化企業海邊建設風電場調研探析

侯培民 唐述潮 吳敏青 王 纓

(中國石化上海石油化工股份有限公司， 200540)

產業發展戰略及政策研究

石化企業海邊建設風電場調研探析

侯培民 唐述潮 吳敏青 王 纓

(中國石化上海石油化工股份有限公司， 200540)

處于沿海地域并擁有自發電裝置的大型石化企業具有建設風電場的獨特優勢。文章研究了政府政策優勢和國家發展建設風電場綠色能源的規劃，調研了風電場建設方面自身條件，進行了選址、規模、環境和成本等因素的分析，為石化企業建設海邊風電場前期工作進行了探索。

石化企業 調研 綠色能源 風電場

風能作為一種可再生的綠色能源，憑借其巨大的商業潛力和環保效益，在全球的新能源和再生能源的行業中得到了快速發展［1－2］。風力發電與火力、水力和核力等其他發電方式相比有諸多優點，一臺單機容量為1 MW的風機與同容量火電裝機相比，每年可減少CO2排放1 kt，減少SO2排放 10 t，減少 NO2排放 6 t。

中國石化上海石油化工股份有限公司(簡稱上海石化)是一家緊鄰海邊的特大型石油化工企業，有自發電機組。隨著“綠色”發電的興起，中國在風力發電上發展勢頭迅猛，上海石化結合企業的區域環境和現狀，利用海邊地域環境開發風力發電，提出了建立風電場的設想與建議。

根據對周邊地區的實地調研和上海石化的建設風電場的條件，著重對電力運行的內外現狀進行了解，從所處的地理位置進行選址，對風電場可能達到的規模進行了研究，以形成基本可行的方案輪廓。

1 風能資源量分布

1.1 中國風能資源量

中國海岸線長，風能資源豐富。據中國氣象科學研究院相關資料報道:全國風能密度平均為100 W/m2，全國陸地10 m高度層風能資源總儲量約為3 226 GW，實際可供開發的有253 GW。主要集中在兩個帶狀地區:一條是“三北(東北、華北、西北)地區豐富帶”，其風能功率密度在200～300 W/m2以上，有些區域可達500 W/m2以上，這些地區每年可利用風能的小時數在5 000～7 000 h;另一條是“東南沿海及其島嶼豐富帶”，這些地區每年可利用風能的小時數在7 000～8 000 h，年有效風能功率密度在200 W/m2以上。中國東部的淺海海域面積遼闊，風能資源更為豐富，約為陸上風能資源的3倍，如果將海上風能估算在內，可供開發的風能資源達1 000 GW以上。我國風能資源較豐富省份的風能儲量見表1。

表1 風能資源比較豐富的省份 GW

表1中14個省份風能資源共有158.58 GW，占全國總量(253 GW)的62.68%。

為反映各地風能資源的差異，國家氣象局選用能反映出風能資源多寡的指標，即風能密度和風速超過3 m/s的年小時數，將全國風能資源劃分為四大區(見表2)。

表2 全國風能資源標準區劃分

1.2 上海風能資源量

上海臨江又靠海，屬中緯度地區，位于東亞季風盛行區，頻受冬、夏季風和南、北季風影響，風力資源較為豐富。根據上海市氣象部門統計，上海郊區城鎮地區氣象站平均風速在3.6～4.0 m/s;在水陸交界處的沿海灘涂地區，空曠平坦的陸面10 m高空平均風速為4.5～5.5 m/s，上海沿海地區50 m高處年平均風速可達6.7 m/s。根據近幾年來在上海沿海的測風結果，年有效風速累計時間達7 300 h以上;在距岸25 km的外海地區，10 m高空平均風速為7.0～7.1 m/s，海面風速遠大于陸面風速。據上海氣象志的記載，上海的風能儲量或風能資源一般根據風能密度和大于風機啟動風速(通常為≥3.4 m/s)的全年累積小時數等進行估算，大致情況見表3。

表3 上海各區域風能儲量

根據表3，上海市風能資源的分布有如下特點:上海市區最小，崇明島東端最大，崇明島的中西部及沿江沿海為高值區;上海中西部為低值區。

上海的有效平均風能密度的年變化曲線呈雙峰型，以8月份為最高(94.5 W/m2)，6月份為最低(61.9 W/m2)。另一個次高值出現在2月份，次低值出現在1月份。有效平均風能密度在清晨和傍晚均為低值，白天為高值，與溫度的日變化規律相一致。白天高值的持續時間與晝長有關，夏季最長，春秋兩季居次，冬季最短。其有效風力累積小時數的日變化趨勢與之相類似。

上海的有效平均風能密度在74～127 W/m2之間，平均啟動風速超過3.4 m/s的累積小時數為3 100～4 300 h，平均啟動風速超過5.5 m/s的累積小時數為590～1 800 h，屬風能資源可利用區。

2 有關風電產業政策及規劃

為了促進可再生能源的開發利用，增加能源供應，改善能源結構，保障能源安全，實現經濟的可持續發展，第十屆人大常委會第十四次會議于2005年2月28日通過了《中華人民共和國可再生能源法》，自2006年1月1日起施行，旨在建立利用可持續能源的法律框架。

2.1 國家對風電產業的相關政策

對風能資源的開發，國家采用納入規劃、特許權招標或委托制。任何地方對本地的風能資源開發利用，必須納入當地發改委規劃;50 MW以上需報國家發改委審批或核準。對于風電產業建設成本高于同規模火電、水電及風電量不確定性的的特征，國家為扶持風電產業的發展制定了如下政策:

(1)《可再生能源法》激勵政策。明確發展目標，即實行可再生能源配額制，明確電網、電源企業的責任和義務;并網就近，即收購全部發電量，國家批準的風電場工程項目其送出工程由電網負責;稅收優惠，即增值稅和所得稅將進一步優惠;固定電價，即保護投資者收益，電價由政府定價或項目招標確定。

(2)國務院電價改革方案。方案明確指出風電不參與市場競爭，電量由電網企業按政府定價或招標價格優先購買。電力市場成熟時，由政府規定供電企業售電量中新能源和可再生能源電量的比例，建立專門的競爭性新能源和可再生能源市場。

(3)稅收優惠。增值稅減半征收，由此，我國風電電價平均降0.05～0.06元/(kW·h)，新建風電場電價有望降至0.50元/(kW·h)以下;進口關稅設備暫按5%征收，零部件按1%征收;征地按照實際占用面積計征，即點征。這些將會對我國風力發電產業化發展產生推動作用。

2.2 國家與上海市風力發電遠景目標

國家發展和改革委員會規劃的風電發展目標是:2010年累計裝機容量達到4 GW，2015年達到10 GW，2020年達到20 GW，那時約占全國電力總裝機容量的2%。上述數據表明:國內的風電產業將有一個快速的增長階段［3］。

為科學、合理、有序、充分地利用上海市風能資源，擴大上海市風力發電規模，改善電源結構，緩解電力緊張的矛盾，并與上海市的城市發展相適應，上海市發展和改革委員會與上海市電力公司于2006年組織編制了《上海市風力發電“十一五”規劃和2020年遠景目標》，并將規劃列入上海市城市發展總體規劃［4］。

根據上海地區風能資源分布特點，結合上海市城市發展規劃，在具有經濟開發價值或良好開發價值的沿岸岸線、灘涂和近海的海上區域進行風電開發。“十一五”期間，新增風電場裝機容量310 MW，全市風力發電總裝機容量將達到334.4 MW。至2020年，全市風力發電總裝機容量將超過1 GW。

3 上海石化建設風電場的調研

3.1 上海石化電網概況

上海石化2003年起用電負荷達到502 MW，其中生產負荷390 MW，生活區和代上海市電力公司轉供浙江平湖負荷110 MW。上海石化電網中生產用電負荷非常平穩，只在季節轉換時有所變化，晝夜波動很小。生活區和平湖負荷有明顯季節性特點，空調負荷占高峰負荷60%以上，燈峰(照明)負荷為谷負荷的一倍。為緩解供用電矛盾，上海石化自2004年起每逢夏季安排部分生產裝置停車檢修，使最大總用電負荷不突破500 MW。

上海石化熱電事業部熱電二站建有6臺(0#～5#)汽輪發電機組，總裝機容量325 MW(熱電一站于2007年9月15日停止發電)，2008年初6#機組(100 MW)建成并網發電，總裝機容量增加到425 MW。規劃中結合六期工程改造等項目，熱電事業部還將擴建300 MW機組，使總裝機容量提高到725 MW。上述發電機組的燃料是煤粉和煤/石油焦混合燃料，機組運行平穩，年運行時間達7 500 h左右。

“十一五”期間，上海石化五期工程增加用電負荷84 MW，到“十一五”末，上海石化電網總負荷為584 MW。規劃中六期工程及配套項目全部投產后，上海石化最大用電負荷約為810 MW。

3.2 電能質量要求

石化企業對電能質量要求較高，主要體現在供電連續性上。當電源發生短路時，電壓急劇下降，用電設備不能正常工作。變電站如果裝設備自投裝置，此時用電設備將被自動切換到備用電源，整個過程最快可以在0.12 s內完成。一般的用電設備在電源切換過程中不會受到大的影響。由于停電造成關鍵機泵跳閘，生產裝置進入停車程序，備自投成功電壓恢復正常也不能使停車程序逆轉，化工物料被自動排放到火炬燃燒，經濟損失巨大。

雖然石化行業對電壓波動幅度的要求沒有供電行業高，但電壓波動也會對生產造成不利影響。供電行業要求將35 kV電壓波動控制在±2%之內，超過±5%即視為不合格，而石化行業在大容量電動機啟動時電壓波動較大，不可能控制在±5%范圍內，目前的控制標準是－7%～5%。高壓電動機和較大容量的低壓電動機一般設置了低電壓保護，當電壓低于70%時，電動機會跳閘。低壓系統的交流接觸器釋放電壓值在85%左右，部分低壓電動機跳閘也會引起生產裝置停車。

3.3 風電場選址

上海石化海岸東起上海市金山區的衛二路，西止與浙江省交界的金衛鎮裴家弄，直線長度約5.875 km。除去西邊煤碼頭、化工碼頭等占用海岸外，凈臨海岸長度約4.0 km。海堤內側護坡堤腳至隨塘河路20 m為護堤地，外側100 m內為保灘順壩形成的灘地。海堤前沿海域橫臥著“金山深槽”，南北寬2 000 m，最深處標高達－50 m，離海堤最近處約500～800 m。目前“金山深槽”仍處于發展階段，一旦動力條件有變化，海岸已有的動態平衡被破壞，“金山深槽”、海岸環境將發生相應變化。

根據調研，宜將風電場建在海堤的內外，這樣投資最為合理，接受的風能最為有效。風電場北起隨塘河路南岸，南至丁順壩外20 m灘地(二線海堤南坡腳)范圍內的堤身(包括堤頂、棱體平臺、內外坡)、堤頂道路、護堤地、丁順壩等護岸保灘促淤工程及其以外灘地等，其中護堤地和丁順壩可列入風電場選址范圍。

目前的主流風電機機艙高度為65～100 m，這個高度決定了風電機首選設在地面粗糙度小的護堤地上。如果今后能夠將機艙高度提升30 m，上海石化可以沿隨塘河路以及滬杭公路各建一排風電機。據此，如果全部采用目前剛步入商業應用的最大機型(5 MW風電機)，上海石化風電裝機最大容量將達30 MW。

3.4 上海石化電網容納風電的能力

上海石化電網中發電能力低于用電負荷，熱電事業部的發電機組通常處于最大出力工況，基本沒有調節風電場發電出力波動的能力，調節任務由上海電網承擔［5］。上海石化10 MW風電上網，在技術層面上沒有問題，只是電力公司將會與上海石化商討為風電提供備用容量的費用。

繼續向海面深入，跨越金山深槽建立風電場，受航道影響和海事管理制約加大，可能超越上海石化自身建設海邊風電場的能力，因此不在此次研究范圍之內。

4 上海石化海邊建設風電場的探析

上海石化地處杭州灣，所在地為上海市金山區。上海石化有一段5.875 km的海堤由公司負責管理，東南沿海的風帶資源可充分利用，而且鄰近的奉賢區、浦東新區已有建設風電場的先例，因此通過實地調研、專家咨詢、查閱資料等方式，對上海石化建風電場進行了多方面的了解，進行了環境影響、經濟效益等分析探索。

4.1 風能資源

根據上海市氣象志中上海風能儲量指標值統計表，無論是從有效平均風能密度，還是風速和有效風力出現時數百分率等反映風能資源的數值來看，金山區與浦東新區、奉賢區基本相似，同處于金山區海邊的上海石化與已經上網發電7年的位于浦東新區、奉賢海灣風電場相比，根據風力等值線與海岸線平行的推論，上海石化海邊具備風力發電的風能資源。

從上海石化海堤工程建設公司水文站從1981年以來統計的資料來看，海岸測風點平均風速4.0 m/s(按基準高度10 m)，10分鐘平均最大風速26 m/s(東南偏東，2005年8月6日測)。以平均風速推算，平均風壓為215 Pa(按基準高度10 m)。

4.2 風向對風機排列的影響

風向及其變化范圍決定了風力發電機組在風電場的排列方式，從而決定風電場的發電效率。風電場應具有較穩定的盛行風向，風向穩定不僅可以增大風能利用率，而且可以提高風力發電機的壽命。根據對奉賢海灣風電場調查的結果，沿海岸線一字形排列的3臺風力發電機的輸出功率相近;而距海岸線近100 m內陸的另一臺同類型同高度的風力發電機輸出功率卻減少30%～70%，這也驗證了風力等值線與海岸線平行的結論。

4.3 地面粗糙度對風速的影響

一般來說，對場址平坦、地形簡單的風電場，規劃裝機容量按5 MW/km2計算。以離海岸500 m內范圍計，上海石化海邊風電場場址范圍面積約為2 km2。

該區域主導風向面朝海域，灘地開闊平坦，海面無屏障，影響風速穩定的地面粗糙度小;海堤內陸為公司廠區，林立著塔罐和建筑物，由占全年發生頻率45%的風向面，影響風速穩定性地面粗糙度大。當風吹過其粗糙的表面或繞過建筑物時，風速的大小和方向會發生快速變化，形成湍流。湍流不僅會減少風力發電機的功率輸出，而且會使整個風力發電機發生機械振動。當湍流嚴重時，機械振動能導致風力發電機破壞。因此在設立風力發電機組時，應與粗糙的地表面及高大的建筑障礙物保持一定距離，或提高風力發電機的高度，以減小湍流強度的影響。

4.4 風電場對“金山深槽”的影響

若單機按多排列方式規劃風電場，則可能會對“金山深槽”產生影響。

金山深槽位于大、小金山島東西兩側，上海石化前沿海域。深槽總長約12 km，平均寬度近2 km，為一個由漲潮流為主沖刷而成的深度大于15 m的沖刷槽。沖刷槽底部還存在數個相連的深度大于40 m的圓形沖刷潭。其西潭與東潭距上海石化海堤最近處500～800 m，沖刷潭北岸深線坡度陡峭。根據力學知識，風力發電機將一部分風能轉化為電能之外，其余能量通過機組塔桿傳遞至基礎承力層，并隨距離增長擴散而減弱。綿綿不斷的轉化風能注入到仍處于發展階段“金山深槽”動力場內，是否會引起動力條件發生變化，破壞海岸已有的動態平衡，繼而引起滑坡等，尚需做進一步的研究，以確保風力發電機組在安全距離之內，而不致于引起金山深槽、海岸環境發生變化。

4.5 風電項目的單位建設成本

從我國目前風電場的造價看，其總趨勢在不斷下降之中。例如，20世紀90年代中期，我國風電場的單位千瓦造價超過1萬元，到了21世紀初，新建風電場單位千瓦投資一般在8 000元左右。但與煤電的單位千瓦5 000元(不含脫硫環保裝置)左右的投資相比，仍高出了60%。

按統計資料，風電機組加上配套設備和接入系統費用，整機進口機組單位千瓦投資額約1萬元，國產機組約8 000元。

上海石化熱電事業部熱電二站擴建兩組100 MW(7#、8#機組，循環流化床鍋爐，產汽和脫硫同步完成)機組，可研估算17億余元。以此衡量，上海石化常規發電方式的單位千瓦投資約8 600元，國產機組風電投資與燃煤/石油焦電廠相當。

值得注意的是，燃煤/石油焦電廠年利用小時可達到7 000 h以上，而上海石化在海邊建風電場，年利用小時數為2 000～2 100 h，年發電量只有前者的29%左右。燃煤/石油焦電廠設備壽命周期30年，國產風電15～20年。因此，煤/焦電折舊分攤是0.041元/kW·h，國產風電是0.20～0.267元/kW·h，為煤/焦電的4.9 ～6.5倍。風電工藝流程短，設備高度集成，自動化程度高，修理費和人工成本很低，不消耗燃料，因此變動成本很低。修理費按固定資產的1%計提，人工費按年發電50 MW·h的風電場20萬元/年計提，風電全成本為0.206～0.273元/kW·h。熱電二站當前的發電全成本是0.28元/kW·h。按統計資料匡算的風電全成本與熱電二站當前發電全成本相當，但是上海石化建風電場的環境和電網條件不同，實際投資會增加很多。

5 結論

上海石化利用得天獨厚的海邊條件建立風電場，在中國石化范圍內開辟綠電資源意義重大。要確立建設的方案還需作大量深入的研究，其中包括地理環境、技術要素、政策導向、經濟的可行性等。

(1)上海石化在海邊設立風電場可行。上海石化海邊位于我國兩大風能帶之一的東南沿海地帶，結合歷史風能資料，借鑒浦東新區、奉賢區海邊已建立風電場的經驗，根據風力等值線與海岸線平行的測風結果推論，上海石化海邊具備風力發電的風能資源。但風電項目的進一步研究還需要采集風力資源數據。通常要求建立高度與風機葉輪中心高相同的測風塔，連續2～3年檢測并記錄風力、風向數據，在此基礎上選擇風機類型才能取得預期發電效果。

(2)上海石化自身擁有火力發電工廠，所以風電場的并網發電不受外網的牽制，一旦項目明確可在短期內建設上馬，只是在電網運行和經濟性上必須與政府和國家電網聯動。由于上海石化處在發電能力小于供電能力時期，風電受季節影響較大，要有穩定的供電系統支撐。目前投資風電成本較高，政府的優惠政策需得到明確和落實。

(3)可利用風電規模較小。上海石化海邊可容納的風電能力有限，離海邊越遠，風能的衰減度越大，而地面粗糙度的影響更大。按目前能夠建立的風電場的區域測算，風電場最大規模為30 MW。

［1］ 汪恕誠.中國風電發展的戰略思考［J］.水力發電，1995(11):1－3.

［2］ 張鉻心.矚目中國風電產業發展［J］.創新科技，2009(8):48－49.

［3］ 邱罡.風電助推新能源產業［J］.中國中小企業，2009(7):42－44.

［4］ 黃黎黎，安映萱.基于低碳經濟的我國風電產業發展思考［J］.科技廣場，2010(2):13－16

［5］ 胡志鵬.大規模風電的并網瓶頸及其對策［J］.電氣制造，2011(7):72－74.

Survey and Analysis on Establishing Wind Farm at the Seashore of Petrochemical Enterprises

Hou Peimin，Tang Shuchao，Wu Minqing，Wang Ying
(SINOPEC Shanghai Petrochemical Co.，Ltd.200540)

Large scale petrochemical enterprises located in seashore area and have own power station have particular superiority for establishing wind farm.This paper studied the superiorities in government’s policy and the state’s programming on developing wind farm green energy resource，surveyed the conditions required for the enterprises，and analyzed the factors as address selection，scale，environment and cost，aiming to provide basis for the petrochemical enterprises’preparation work of establishing seashore wind farm.

petrochemical enterprise，survey，green energy resource，wind farm

1674－1099 (2011)05－0001－06

TK89

A

2011-09-29。

侯培民，男，1957年出生，教授級高級工程師，長期從事石油化工技術的開發、經濟咨詢和管理。