沿海風能資源的開發(fā)利用策略研究

張穎 陳凱 萬伶

摘要：我國風能資源比較豐富的區(qū)域主要有三個地區(qū)，東南沿海地區(qū)，東北和西北地區(qū)以及青藏地區(qū)西北部。我國擁有漫長的大陸海岸線，海岸線長度超過1.8萬千米，東南沿海地區(qū)冬夏季風都十分明顯，同時又有海陸風的影響，沿海地區(qū)特別是海面阻力很小，風力十分強勁。我國沿海海面擁有豐富的風能資源，是建設(shè)海上風電場的理想?yún)^(qū)域。東南沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達，能源需求量也很大。本文圍繞沿海風能資源的開發(fā)利用策略進行研究和探析。

關(guān)鍵詞：風能資源;策略研究;開發(fā)利用

引言：風能資源，是一種清潔的可再生能源，是空氣流動所形成的動能，是太陽能的一種轉(zhuǎn)化形式。風能資源的開發(fā)利用的成本比太陽能開發(fā)利用的成本要低，也符合我國能源消費結(jié)構(gòu)調(diào)整的方向，它是最具開發(fā)前景的新能源之一。因此合理科學的對沿海風能資源進行開發(fā)利用至關(guān)重要。

1.沿海風能資源的特點

1.1優(yōu)點

風能為潔凈的能量來源。大規(guī)模發(fā)電成本低于其它發(fā)電形式。而風能設(shè)施多為不立體化設(shè)施，可保護陸地和生態(tài)。風力發(fā)電是可再生能源，環(huán)保，潔凈，而且節(jié)能環(huán)保。海上風速高，很少有靜風期，可以有效利用風電機組發(fā)電容量。在陸上設(shè)計壽命20年的風電機組在海上可達25年到30年。我國海上風能豐富地區(qū)主要集中在浙江南部沿海，福建沿海和廣東東部沿海地區(qū)，這些地區(qū)海上風力資源豐富且距離電力負荷中心很近，與海上風電開發(fā)成本雖高，但具有高發(fā)電量的特點相適應(yīng)。而且海上吹程長，摩擦力小，風速大。所以如果海上風速是陸地上的1.5倍，輸出功率則2倍多，海上可以安裝更大型的裝置;船能運輸、吊裝更大的機組，近海風場往往距離沿海人口密集地區(qū)較近，減少了電力運輸?shù)膿p耗而且不會占用陸地的寶貴資源

1.2缺點

風力發(fā)電在生態(tài)上的問題是可能干擾鳥類飛行。可以采取離岸發(fā)電，離岸發(fā)電價格較高但效率也高。風力發(fā)電的經(jīng)濟性不足，風能豐富程度受天氣氣候影響較大，許多地區(qū)的風力有間歇性，季節(jié)性。存在風能豐富期與市場需求期不致的情況。當電力需求較高的夏季及白日、是風力較少的時間時，風電轉(zhuǎn)換率低。而且風電場占地面積大。風力發(fā)電需要大量土地興建風力發(fā)電場，才可以生產(chǎn)比較多的能源。會造成區(qū)域環(huán)境變化，產(chǎn)生噪聲污染。所以要找一些空曠的地廣人稀的地方來興建。

2.海上風電現(xiàn)狀

我國海岸線長約一萬八千多千米，島嶼六千多個，相對于陸地，我國近海風能資源更為豐富。根據(jù)中國氣象局近期對我國風能資源的詳查和評價結(jié)果，我國近海100米高度層5～25米水深區(qū)風能資源技術(shù)開發(fā)量約為2 億千瓦，5～50米水深區(qū)約為5億千瓦。風力發(fā)電最關(guān)鍵的因素就是風的大小，而海上風況普遍優(yōu)于陸上，離岸10千米的海上風速通常比沿岸要高出20%。風力機的發(fā)電功率與風速的三次方成正比， 因而同等條件下海上風力機的年發(fā)電量能比陸上高70%。同時海上很少有靜風期， 因此風力機的發(fā)電時間更長。通常來說， 陸上風力機的年發(fā)電利用小時數(shù)大約是2000小時，而海上風力機往往能達到3000多小時。對風電設(shè)備而言，陸地地形復雜、粗糙度高，不同高度的風速常常相差很大，導致風切變與湍流，使得風輪上下受力不均衡，可導致葉片振動、疲勞乃至斷裂，同時傳動系統(tǒng)也容易損壞。而海上就很少有此類風險。此外，海上風電大多建設(shè)在距海岸數(shù)十千米處，接近用電中心，基本沒有棄風之虞。同時，隨著風力機的容量越來越大，葉片的長度也隨之劇增。60米以上乃至上百米的葉片在陸上非常難以運輸，但在海上可以直接從葉片工廠海運至風電場。隨著陸地優(yōu)質(zhì)風能資源的逐步開發(fā)，海上風電作為發(fā)展趨勢已是可以預見的將來。由于海上風電需要更專業(yè)的技術(shù)，具有更廣的適用性，在未來的全球能源供應(yīng)體系中， 海上風電的前景將比陸上風電更為廣闊。比增速約為43%。2018年，我國海上風電新增裝機規(guī)模首次超過英國和德國，成為全球第一，雖然我國海上風電新增裝機量全球占比達到了40%左右。我國發(fā)展海上風電具有資源和市場優(yōu)勢。[1]首先，我國海域廣闊，海上風能豐富，但陸上風能資源不均衡，大部分地區(qū)是低風速區(qū)域。從總量來看，我國風能資源是豐富的。但如果從結(jié)構(gòu)來看，豐富的風能資源主要分布在西北、東北、華北地區(qū)，其中又以內(nèi)蒙古、新疆、甘肅為主。其他大部分地區(qū)是平均風速在3-5m/s的低風速區(qū)域。其次，我國電力消費保持了較快增速，但陸上風能豐富的地區(qū)遠離電力主消費地，存在消納難的問題。海上風電可以解決陸上風電面臨的“產(chǎn)”與“消”的矛盾。我國很多用電大省是臨海的。除了資源和市場優(yōu)勢外，海上風電與陸上風電相比又具有發(fā)電穩(wěn)定、上網(wǎng)便捷等優(yōu)勢。因此，海上風電隨著投資和運維成本的不斷下降，而呈現(xiàn)出了較快發(fā)展的趨勢。當前，我國的海上風電發(fā)展迅速。這些風電可以作為長遠開發(fā)備用的選址，根據(jù)風電原來的“十三五”規(guī)劃，2020年海上風電并網(wǎng)500萬千瓦，如今，能源局將目標調(diào)至6600萬千瓦。

2.風能發(fā)電對環(huán)境的影響

風能發(fā)電利用大自然的風能進行發(fā)電，能夠減少大氣中二氧化碳、二氧化硫等氣體的排放，降低對氣候變化的影響。風能發(fā)電使局地風速明顯減小，而大氣層結(jié)穩(wěn)定度則決定著風電場產(chǎn)生增溫或降溫效應(yīng)。 在水汽充足的情況下，使該區(qū)域的降水量翻倍，增加植被覆蓋率，而植被生長又將進一步增加降水，形成良性循環(huán)。

2.1減小局部風勢

當風吹過葉片時，由于葉片橫截面的形狀上下不對稱，風在通過葉片上方的時候流速大，下方的時候流速小。[2]這就會導致葉片上方的壓強小，下方的壓強大，這種壓力差會產(chǎn)生升力，令葉片旋轉(zhuǎn)。風電場在某種程度上相當于一道有縫隙的“屏障”，因此當風通過時會降低風速。在干旱地區(qū)，特別是荒漠化地區(qū)，網(wǎng)速減小，可以減緩或抑制荒漠化。

2.2增溫效應(yīng)

在大氣層結(jié)穩(wěn)定的情況下，上層的空氣溫度更高，下層的更低，在葉片的攪動下，上層的空氣被帶到下面，導致下層的空氣溫度升高。由于風電場內(nèi)部和下游地區(qū)的風速減小，在區(qū)域的下墊面比較潮濕的情況下，蒸發(fā)就會減弱，從而導致溫度上升。

3.風能資源的開發(fā)利用

3.1沿海風能資源開發(fā)條件

要對風能資源進行開發(fā)，要考慮風能資源的豐富程度（是否離風源地近，是否有狹管效應(yīng)，大風日數(shù)是否多）以及地形是否開闊、地表粗糙度高或低、是否地廣人稀土地租金低、風電技術(shù)是否先進、離風電消費市場的遠近、清潔能源的需求量是否大、離其它的水電或火電設(shè)施是否近、是否能調(diào)節(jié)風能的不足、是否能節(jié)省基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資等。

3.2因地制宜環(huán)保節(jié)能

海上風電是風電概念中最重要的一部分，因為我國有渤海、黃海、東海、南海這四大領(lǐng)海，海岸線長達18000km， 這就使得我國風能資源尤其是海上風能資源十分豐富，約有7.5億kW，占我國風能資源的75%。沿海地區(qū)朝向大海，物種資源和其他資源十分豐富，讓人為之向往，但是普遍有缺少淡水、缺乏燃料、并且交通不便這樣的問題。[3]所以，在沿海地區(qū)，例如沿海島嶼上，有著很豐富的風能資源，因地制宜發(fā)展海上風電也是符合節(jié)能環(huán)保的時代要求，也是對金山銀山、綠水青山的倡導。

總結(jié)：沿海風能資源的開發(fā)是我國一個重要的戰(zhàn)略選擇，將對改變我國能源布局、能源結(jié)構(gòu)、能源市場產(chǎn)生巨大的影響，因此沿海風能資源的合理開發(fā)和科學利用極為重要。

參考文獻：

[1]王虎.沿海風能資源開發(fā)利用策略研究[J].中國設(shè)備工程，2019（22）：187-188.

[2].我國的風能資源[J].能源與環(huán)境，2019（05）：85.

[3]張戈，付俊峰，王海軍.東南沿海五省海上風能資源開發(fā)潛質(zhì)研究[J].海岸工程，2018，37（02）：80-86.

作者簡介：張穎（1992-）女，漢族，江蘇省東臺市人，本科學歷，助理工程師，從事綜合業(yè)務(wù)、測報，預報等工作。