中國(guó)近海風(fēng)電場(chǎng)淺談

陳冬曉++顧平++石昌雪

摘 要：近年來，中國(guó)的風(fēng)電建設(shè)迅速發(fā)展，但是陸上風(fēng)電場(chǎng)受到土地等眾多因素制約，且目前逐漸飽和，近海風(fēng)電場(chǎng)越來越成為風(fēng)電發(fā)展的趨勢(shì)和方向，近海風(fēng)電場(chǎng)具有風(fēng)能資源豐富、利用率高、風(fēng)速較高且持續(xù)性較長(zhǎng)，電量產(chǎn)出較高，不受土地的限制，對(duì)周邊環(huán)境影響較小等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：近海風(fēng)電場(chǎng) 腐蝕 臺(tái)風(fēng) 結(jié)冰 管理

中圖分類號(hào)：TK89 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（b）-0114-01

1 近海風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展展望

在中國(guó)近海，風(fēng)能資源十分豐富，主要集中在中國(guó)東南海岸地帶，有效風(fēng)能密度超過300 W/m2。在5 m到25 m水深，50 m高處，風(fēng)能資源達(dá)到200 GW，在5 m到50 m水深，高度在70 m處，風(fēng)能資源達(dá)到500 GW，所以有很廣闊的風(fēng)能資源有待開發(fā)利用，截止到2011年，全球近海風(fēng)電裝機(jī)容量為3980 MW，大概在中國(guó)有209.9 MW，在中國(guó)“第十二個(gè)五年計(jì)劃”中，近海風(fēng)電場(chǎng)作為一個(gè)重要的發(fā)展議題被提上日程。根據(jù)最初的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在中國(guó)近海風(fēng)電裝機(jī)容量預(yù)期在2015年達(dá)到5 GW，在2020年達(dá)到30 GW，江蘇省、山東省將會(huì)是近海風(fēng)電場(chǎng)主要的發(fā)展基地，其他的省份如：河北、上海、浙江、福建、廣東、廣西、海南等將會(huì)繼續(xù)推動(dòng)其省份內(nèi)的近海風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展[1]。

從這些省份的發(fā)展近海風(fēng)電計(jì)劃可以看出，具有最大潛能的近海風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展基地將會(huì)坐落在山東、江蘇兩省，因?yàn)閮H江蘇省就有1000 km的海岸線，相當(dāng)于中國(guó)總體海岸線區(qū)域的1/4，而且沿著海岸線具有世界上最大的放射狀沙脊，這些特征為江蘇省風(fēng)電的發(fā)展提供了廣闊的前景，據(jù)報(bào)道，將會(huì)超過10座近海風(fēng)電場(chǎng)會(huì)在江蘇省海岸地帶進(jìn)行建設(shè)。

青島在山東省作為一個(gè)主要的近風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展基地，青島三面被海環(huán)繞，海岸線長(zhǎng)度超過800 km，約占山東省海岸線的四分之一，在這里有豐富的風(fēng)能資源，去年“山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)”被山東省提上日程，主要包括魯北、萊州灣、亳州、長(zhǎng)島、以及山東半島北部，海上風(fēng)電場(chǎng)將會(huì)在“第十三個(gè)五年計(jì)劃”中結(jié)完成，近海風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到10，000 MW。

2 一般風(fēng)電場(chǎng)的選址要求

風(fēng)電場(chǎng)的選址主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。

（1）風(fēng)功密度等級(jí)，達(dá)到3級(jí)以上具有開發(fā)價(jià)值。（2）應(yīng)盡量選擇地震烈度小，地質(zhì)災(zāi)害少，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件較好的場(chǎng)址。一般要求承載力較好，巖土層較均勻，滿足荷載要求。（3）極端天氣出現(xiàn)較少，如強(qiáng)沙塵暴、臺(tái)風(fēng)、低溫、雷擊、積冰等。盡量避免災(zāi)害天氣頻發(fā)的地區(qū)[2]。（4）交通運(yùn)輸和安裝條件，進(jìn)出場(chǎng)地要方便，避免建設(shè)進(jìn)出道路，增加成本，風(fēng)電葉輪安裝需要一定的場(chǎng)地，主風(fēng)向方向要開闊，無障礙物。（5）聯(lián)網(wǎng)線路，靠近合適電壓等級(jí)的變電站，減少線路敷設(shè)長(zhǎng)度及損耗。（6）環(huán)境影響，風(fēng)電場(chǎng)選址時(shí)應(yīng)注意與附近居民、工廠、企事業(yè)單位（點(diǎn)）保持適當(dāng)距離，盡量減小噪音污染；應(yīng)避開自然保護(hù)區(qū)、珍稀動(dòng)植物地區(qū)以及候鳥保護(hù)區(qū)和候鳥遷徙路徑等。（7）其他，主要包括風(fēng)電機(jī)組的設(shè)置地形，坡度不易過大，機(jī)組之間的間距易在4～6倍葉徑，湍流等。

3 海上風(fēng)電場(chǎng)發(fā)展的技術(shù)難題

毫無置疑，近海風(fēng)電場(chǎng)在中國(guó)還處于起步和探索階段，仍有許多的困難和技術(shù)問題需要突破。總體來說，目前近海風(fēng)電遇到有三方面的困難和問題：一是在海岸惡劣環(huán)境下風(fēng)機(jī)葉輪設(shè)計(jì)和安裝上的技術(shù)難題；二是風(fēng)電場(chǎng)的管理和運(yùn)行的問題；三是高成本的問題。

惡劣的海岸自然環(huán)境，如鹽霧腐蝕、大浪、結(jié)冰、臺(tái)風(fēng)等，這些自然環(huán)境條件要求風(fēng)機(jī)具有抵抗這些災(zāi)害的能力和技術(shù)條件。

3.1 鹽霧腐蝕對(duì)葉輪的影響

中國(guó)東南沿海地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，含有鹽分的海上霧氣被季風(fēng)吹送至風(fēng)電場(chǎng)，加速了鹽霧腐蝕葉輪的速度，葉輪是有高強(qiáng)度金屬材料制作而成，例如：鐵、鋁、銅等，鹽霧腐蝕能夠降低葉輪的性能、影響其正常的運(yùn)行、甚至導(dǎo)致緊急停機(jī)事故的發(fā)生。所以在有鹽霧腐蝕下的海岸風(fēng)電機(jī)組應(yīng)做防腐處理，例如：鍍鋅或者采用不銹鋼等材料。

3.2 臺(tái)風(fēng)的影響

當(dāng)風(fēng)機(jī)組遭受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)，風(fēng)速超過風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)上限時(shí)，倒塔、葉輪彎曲、墜落等事故可能會(huì)發(fā)生，在中國(guó)東南沿海臺(tái)風(fēng)的影響十分突出，每年大約會(huì)出現(xiàn)1～3次臺(tái)風(fēng)，臺(tái)風(fēng)在廣東省每年登陸3次，在發(fā)到國(guó)家，已經(jīng)建立了臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)基地，在中國(guó)目前還未建立完善的監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)的基地，80%的臺(tái)風(fēng)不僅影響中國(guó)沿海地帶，還會(huì)形成超過6 m高的大浪，可能會(huì)造成近海風(fēng)電場(chǎng)地基和風(fēng)機(jī)損壞，所以有必要加緊研究評(píng)估近海風(fēng)電場(chǎng)地基在臺(tái)風(fēng)波浪下的影響。

3.3 浮冰碰撞的風(fēng)險(xiǎn)

每年冬季，在渤海、黃海北部就會(huì)出現(xiàn)不同程度的結(jié)冰現(xiàn)象，中國(guó)結(jié)冰最嚴(yán)重的海域位于遼東灣北部，在最近幾年，該區(qū)域北離岸30 km區(qū)域被10 cm厚冰層覆蓋，甚至有時(shí)出現(xiàn)被30到40 cm厚的冰層覆蓋，且面積達(dá)到70000 km2。

冰層的碰撞和擠壓作用可能會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)失穩(wěn)或者破損，圍繞風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)的冰會(huì)隨著水位的變化發(fā)生起伏和降落，并同時(shí)來回施加壓力和拔出力對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)喪失支撐力。如果風(fēng)機(jī)坐落于結(jié)冰的近海區(qū)域，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的必須考慮海水結(jié)冰對(duì)其的影響。

3.4 風(fēng)機(jī)組運(yùn)行和管理的難題

陸上風(fēng)電場(chǎng)一般設(shè)有自己的運(yùn)行和管理中心，且對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和管理比較方便，但是，對(duì)近海風(fēng)電場(chǎng)，由于其惡劣的自然環(huán)境條件，如鹽霧腐蝕、臺(tái)風(fēng)、大浪等，這將會(huì)導(dǎo)致檢維修的頻次增加，極大地增加檢維修的成本，如果渦輪、葉片、齒輪箱等大型物件墜落，大型起重設(shè)備將會(huì)使用協(xié)助其檢維修、重新安裝等工作，這也會(huì)導(dǎo)致成本急劇增加，一般來講近海風(fēng)電場(chǎng)的維護(hù)運(yùn)行成本將會(huì)是陸上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)成本的2～4倍，所以十分有必要研究呢設(shè)計(jì)專門的機(jī)械設(shè)備用于近海風(fēng)電場(chǎng)的檢修、維護(hù)、運(yùn)行，以減少其運(yùn)行管理成本。

4 結(jié)論

本文初步分析了近海風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)展前景展望，并提出了一些面臨的技術(shù)難題，指出了近海風(fēng)電場(chǎng)有待研究的方向，未近海風(fēng)電的發(fā)展提供一定的參考依據(jù)。

具體如下：（1）加強(qiáng)風(fēng)機(jī)的防腐蝕材料的研制。（2）加強(qiáng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)在臺(tái)風(fēng)、大浪、結(jié)冰的環(huán)境下的穩(wěn)定性研究，增強(qiáng)基礎(chǔ)的抵抗能力。（3）加快研制符合近海風(fēng)電場(chǎng)的維護(hù)設(shè)備，包括大型構(gòu)件的安裝、維護(hù)等。

參考文獻(xiàn)

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