當(dāng)前，海上風(fēng)電已成為全球風(fēng)電發(fā)展的研究熱點，世界各國都把海上風(fēng)電作為可再生能源發(fā)展的重要方向，我國也將其劃入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。

 

一、全球海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

 

根據(jù)全球風(fēng)能協(xié)會(GWEC)年度風(fēng)電統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2016年底，全球已建成海上風(fēng)電累計裝機容量14384兆瓦，其中2016年新增裝機容量2219兆瓦，同比增長18.2%。全球海上風(fēng)電占風(fēng)電總裝機容量的比重由2011年的1.73%上升至2016年的2.96%，2011～2016年全球海上風(fēng)電累計裝機容量及占比如圖1所示。

 

 

截至2016年底，全球有14個國家擁有已建海上風(fēng)電場，其中歐洲國家占據(jù)10席，亞洲國家以中國、日本、韓國三國為主，美國海上風(fēng)電在2016年實現(xiàn)零的突破。分區(qū)域來看，歐洲仍是全球海上風(fēng)電行業(yè)的領(lǐng)跑者，以英國、德國、丹麥表現(xiàn)最為突出。目前，英國是海上風(fēng)電的領(lǐng)軍國，截至2016年底，英國海上風(fēng)電累計裝機容量已達5156兆瓦，占全球海上風(fēng)電總裝機容量的35.8%;中國海上風(fēng)電累計裝機量突破1500兆瓦，躋身全球前三甲，亞太地區(qū)除中國外，日本和韓國海上風(fēng)電2016年也有所發(fā)展，躋身擁有全球海上風(fēng)電國家前十;葡萄牙2兆瓦樣機于2016年退役，海上風(fēng)電累計裝機容量歸為零。從機組的單機容量來看，海上風(fēng)電機組大型化是今后海上風(fēng)電發(fā)展的必然趨勢，維斯塔斯公司研發(fā)的最大的海上風(fēng)電機組單機容量已經(jīng)達到9.5兆瓦。

 

二、我國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

 

(一)我國海上風(fēng)能資源情況

 

我國海岸線長約18000多公里，島嶼6000多個。近海風(fēng)能資源主要集中在東南沿海及其附近島嶼，風(fēng)能密度基本都在300瓦/平方米以上，臺山、平潭、大陳、嵊泗等沿海島嶼可達 500瓦 /平方米以上，其中臺山島風(fēng)能密度為534瓦/平方米，是我國平地上有記錄的風(fēng)能資源最大的地方。根據(jù)風(fēng)能資源普查成果，我國5～25米水深、50米高度海上風(fēng)電開發(fā)潛力約2億千瓦;5～50米水深、70米高度海上風(fēng)電開發(fā)潛力約5億千瓦。

 

我國海上風(fēng)能資源豐富主要受益于夏、秋季節(jié)熱帶氣旋活動和冬、春季節(jié)北方冷空氣影響。各沿海省、市由于地理位置、地形條件的不同，海上風(fēng)能資源也呈現(xiàn)不同的特點。從全國范圍看，垂直于海岸的方向上，風(fēng)速基本隨離岸距離的增加而增大，一般在離岸較近的區(qū)域風(fēng)速增幅較明顯，當(dāng)距離超過一定值后風(fēng)速基本不再增加，平行于海岸方向上，我國風(fēng)能資源最豐富的區(qū)域出現(xiàn)在臺灣海峽，由該區(qū)域向南、北兩側(cè)大致呈遞減趨勢。

 

臺灣海峽年平均風(fēng)速基本在7.5～10米/秒之間，局部區(qū)域年平均風(fēng)速可達10米/秒以上。該區(qū)域也是我國受臺風(fēng)侵襲最多的地區(qū)之一，風(fēng)電場以IECⅠ或Ⅰ+類為主。從臺灣海峽向南的廣東、廣西海域，90米高度年平均風(fēng)速逐漸降至6.5～8.5米/秒之間，風(fēng)電場大多屬于IEC 或Ⅱ類。從臺灣海峽向北的浙江、上海、江蘇海域，90米高度年平均風(fēng)速逐漸降至7～8米/秒之間，浙江和上海海域風(fēng)電場大多屬于IEC Ⅱ至Ⅰ+類，江蘇海域風(fēng)電場大多屬于IEC Ⅲ或Ⅱ類。位于環(huán)渤海和黃海北部的遼寧、河北海域90米高度年平均風(fēng)速基本在6.5～8米/秒之間，該海域風(fēng)電場大多屬于IEC Ⅲ類。我國沿海各省風(fēng)資源統(tǒng)計見表 1。

 

 

綜上所述，我國大部分近海海域90米高度年平均風(fēng)速在7～8.5米/秒之間，具備較好的風(fēng)能資源條件，適合大規(guī)模開發(fā)建設(shè)海上風(fēng)電場。我國長江口以北的海域基本屬于IEC Ⅲ或Ⅱ類風(fēng)電場，長江口以南的海域基本屬于IEC Ⅱ或Ⅰ類，局部地區(qū)為Ⅰ+類風(fēng)電場。與Ⅰ類風(fēng)電場相比，Ⅲ類風(fēng)電場 50年一遇最大風(fēng)速較低，適合選用更大轉(zhuǎn)輪直徑的機組。由于單位千瓦掃風(fēng)面積的增加，同樣風(fēng)速條件下，Ⅲ類風(fēng)電場的發(fā)電量更高。風(fēng)電場理想的風(fēng)資源應(yīng)該是具有較高的年平均風(fēng)速和較低的50年一遇最大風(fēng)速。因此，從風(fēng)能資源優(yōu)劣和受臺風(fēng)影響的角度考慮，長江口以北的海域更適合海上風(fēng)電的發(fā)展。

 

(二)我國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀

 

根據(jù)中國可再生能源學(xué)會風(fēng)能專業(yè)委員會(CWEA)數(shù)據(jù)，截至2016年底，我國已建成海上風(fēng)電累計裝機容量162萬千瓦。2009年，東海大橋海上示范風(fēng)電場率先建成投產(chǎn)，之后的3年里，江蘇如東30兆瓦和150兆瓦潮間帶試驗、示范風(fēng)電場及其擴建工程將陸續(xù)開工建成。2012年底我國海上風(fēng)電場累計裝機接近40萬千瓦;受海域使用推進緩慢等因素影響，2013 年海上風(fēng)電發(fā)展明顯放緩;2014年，我國海上風(fēng)電新增并網(wǎng)容量約20萬千瓦，全部位于江蘇省;2015年我國海上風(fēng)電新增裝機容量為36萬千瓦，主要分布在江蘇省和福建省。2016 年中國海上風(fēng)電新增裝機154臺，容量達到59萬千瓦，同比增長64%。我國海上風(fēng)電占全國風(fēng)電總裝機容量的比重由2011年的0.42%上升至2016年的0.96%。2011～2016年我國海上風(fēng)電累計裝機容量及占比如圖2所示。

 

 

隨著海上風(fēng)電場規(guī)劃規(guī)模的不斷擴大，各主要風(fēng)電機組整機制造廠都積極投入大功率海上風(fēng)電機組的研發(fā)工作，并在沿海地區(qū)進行安裝調(diào)試。從海上風(fēng)電機組設(shè)備來看，風(fēng)電機組單機容量趨于大型化，新型大功率風(fēng)力發(fā)電機正在逐步取代由陸上機組過渡而來的中小型風(fēng)力發(fā)電機。目前，我國國內(nèi)設(shè)備廠商單機容量最大的是6兆瓦級海上風(fēng)電機組，主要為聯(lián)合動力、明陽風(fēng)電、遠景能源和金風(fēng)科技的產(chǎn)品。

 

截至2016年底，在所有吊裝的海上風(fēng)電機組中，單機容量為4兆瓦機組最多，累計裝機容量達到74萬千瓦，占海上裝機容量的45.5%，其次是3兆瓦裝機，容量占比為14%。海上風(fēng)電機組供應(yīng)商共10家，其中累計裝機容量達到15萬千瓦以上的機組制造商有上海電氣、遠景能源、華銳風(fēng)電、金風(fēng)科技，這4家企業(yè)海上風(fēng)電機組裝機量占海上風(fēng)電裝機總量的90.1%，上海電氣以58.3%的占比拔得海上風(fēng)電機組供應(yīng)量頭籌。

 

(三)我國海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃

 

根據(jù)《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，“十三五”期間將積極穩(wěn)妥推進海上風(fēng)電建設(shè)，重點推動江蘇、浙江、福建、廣東等省的海上風(fēng)電建設(shè)，到2020年四省海上風(fēng)電開工建設(shè)規(guī)模均達到百萬千瓦以上;積極推動天津、河北、上海、海南等省(市)的海上風(fēng)電建設(shè);探索性推進遼寧、山東、廣西等省(區(qū))的海上風(fēng)電項目。到2020年，全國海上風(fēng)電開工建設(shè)規(guī)模達到1000萬千瓦，力爭累計并網(wǎng)容量達到500萬千瓦以上。詳細情況見表2。

 

 

從布局區(qū)域上看，江蘇省海上風(fēng)電項目主要集中在如東縣、大豐市、濱海縣和響水縣等海域;浙江省海上風(fēng)電項目則集中在杭州灣海域;福建省海上風(fēng)電主要集中在莆田市、福清市和平潭縣等近海海域;廣東省集中在珠海市、陽江市和汕尾市等近海海域;天津市海上風(fēng)電主要集中在濱海新區(qū)海域;河北省海上風(fēng)電項目集中在樂亭縣、海港區(qū)、曹妃甸區(qū)等近海海域。

 

三、我國海上風(fēng)電發(fā)展前景

 

(一)行業(yè)前景廣闊

 

目前我國海上風(fēng)電開發(fā)已經(jīng)進入了規(guī)?；?、商業(yè)化發(fā)展階段。我國海上風(fēng)能資源豐富，根據(jù)全國普查成果，我國5～25米水深、50米高度海上風(fēng)電開發(fā)潛力約2億千瓦;5～50米水深、70米高度海上風(fēng)電開發(fā)潛力約5億千瓦。根據(jù)各省海上風(fēng)電規(guī)劃，全國海上風(fēng)電規(guī)劃總量超過8000萬千瓦，重點布局分布在江蘇、浙江、福建、廣東等省市，行業(yè)開發(fā)前景廣闊。

 

(二)近海規(guī)模化、遠海示范化

 

目前我國海上風(fēng)電場的建設(shè)主要集中在淺海海域，且呈現(xiàn)由近海到遠海、由淺水到深水、由小規(guī)模示范到大規(guī)模集中開發(fā)的特點。為獲取更多的海上風(fēng)能資源，海上風(fēng)電項目將逐漸向深海、遠海方向發(fā)展。隨著場址離岸越來越遠，在海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)和送出工程成本等方面將逐步增大，另外對運維服務(wù)要求也更高，運維成本也會隨之增大，故深海、遠海的海上風(fēng)電項目在經(jīng)濟性上仍存在較大風(fēng)險，需要柔性直流輸電技術(shù)、漂浮式基礎(chǔ)、海上移動運維基地的快速發(fā)展，為我國遠海風(fēng)電的開發(fā)提供必要支撐。

 

(三)機組逐步國產(chǎn)化、大型化

 

華銳、金風(fēng)、湘電等一批整機制造廠家都致力于海上機組的研發(fā)工作，海上風(fēng)機機組基本已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化。近年來，海上風(fēng)電發(fā)展緩慢，一定程度上也影響了整機制造廠家的積極性。目前，我國大部分整機制造廠家研發(fā)的海上機組都沒有長時間、大批量的運行經(jīng)驗，基本處于機組設(shè)計研發(fā)、樣機試運行階段。從陸上風(fēng)電的發(fā)展歷程可以看出，在巨大市場需求的帶動下，海上機組也將逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化。

 

由于海上施工條件惡劣，單臺機組的基礎(chǔ)施工和吊裝費用遠遠大于陸上機組的施工費用，大容量機組雖然在單機基礎(chǔ)施工及吊裝上的投資較高，但由于數(shù)量少，在降低風(fēng)電場總投資上具有一定優(yōu)勢，因此，各整機制造廠家均致力于海上大容量機組的研發(fā)。目前國內(nèi)研發(fā)最大單機容量已經(jīng)達到6兆瓦，其中聯(lián)合動力6兆瓦機組已經(jīng)在山東濰坊試運行，明陽6兆瓦機組已在江蘇海上試運行，金風(fēng)研發(fā)的6兆瓦直驅(qū)機組也已在江蘇大豐陸上試運行。

 

(四)運維市場增長速度快

 

海上風(fēng)電場的運維內(nèi)容主要包括風(fēng)電機組、塔筒及基礎(chǔ)、升壓站、海纜等設(shè)備的預(yù)防性維護、故障維護和定檢維護，是海上風(fēng)電發(fā)展十分重要的產(chǎn)業(yè)鏈。近年來年歐洲成為全球風(fēng)電運維服務(wù)市場的大蛋糕。相比于歐洲，國內(nèi)海上風(fēng)電起步晚，缺乏專業(yè)的配套裝備，運維效率低、安全風(fēng)險大。未來隨著海上風(fēng)電裝機容量的增加，勢必帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

 

(五)建設(shè)成本呈小幅降低趨勢

 

巨大的市場需求將帶動海上風(fēng)電機組的迅猛發(fā)展，隨著大量海上風(fēng)電機組的批量生產(chǎn)、吊裝、并網(wǎng)運行，機 組和配套零部件等的價格會呈現(xiàn)明顯下降趨勢。隨著海上風(fēng)電機組成熟度不斷提高，國內(nèi)廠家競爭越 來越激烈，機組價格有望在“十三五”末期下降。另外，海上升壓站、高壓海纜等價格隨著產(chǎn)業(yè)化程度的提高，進一步下降的趨勢明顯 ;隨著施工技術(shù)成熟、建設(shè)規(guī)模擴大化、施工船機專業(yè)化，海上風(fēng)電的施工成本也將大幅降低。目前我國海上風(fēng)電開發(fā)成本因離岸距離、水深、地質(zhì)條件等不同，差異較大，單位千瓦投資一般在15000～19000元之間，初步估計，至2020年海上風(fēng)電場開發(fā)建設(shè)成本可小幅下降。

 

(六)配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展日趨完善

 

目前，我國海上風(fēng)電設(shè)計更多受制于施工能力，大多是基于現(xiàn)有的運輸船只、打樁設(shè)備、吊裝設(shè)備等，設(shè)計一個相對經(jīng)濟、可行的方案。由于我國海上風(fēng)電建設(shè)尚處于起步階段，缺乏專業(yè)的施工隊伍，施工能力較弱，以至于在設(shè)計過程中優(yōu)化空間較小。隨著海上風(fēng)電項目的開工建設(shè)，將大大提高我國海上風(fēng)電的施工能力，并逐漸形成一些專業(yè)的施工隊伍。施工能力的提高反過來又為設(shè)計優(yōu)化提供了更大的空間。