中國近海風電場淺談

陳冬曉++顧平++石昌雪

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

關(guān)鍵詞：近海風電場 腐蝕 臺風 結(jié)冰 管理

中圖分類號：TK89 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0114-01

1 近海風電場的發(fā)展展望

在中國近海，風能資源十分豐富，主要集中在中國東南海岸地帶，有效風能密度超過300 W/m2。在5 m到25 m水深，50 m高處，風能資源達到200 GW，在5 m到50 m水深，高度在70 m處，風能資源達到500 GW，所以有很廣闊的風能資源有待開發(fā)利用，截止到2011年，全球近海風電裝機容量為3980 MW，大概在中國有209.9 MW，在中國“第十二個五年計劃”中，近海風電場作為一個重要的發(fā)展議題被提上日程。根據(jù)最初的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在中國近海風電裝機容量預期在2015年達到5 GW，在2020年達到30 GW，江蘇省、山東省將會是近海風電場主要的發(fā)展基地，其他的省份如：河北、上海、浙江、福建、廣東、廣西、海南等將會繼續(xù)推動其省份內(nèi)的近海風電事業(yè)的發(fā)展[1]。

從這些省份的發(fā)展近海風電計劃可以看出，具有最大潛能的近海風電場的發(fā)展基地將會坐落在山東、江蘇兩省，因為僅江蘇省就有1000 km的海岸線，相當于中國總體海岸線區(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電的發(fā)展提供了廣闊的前景，據(jù)報道，將會超過10座近海風電場會在江蘇省海岸地帶進行建設(shè)。

青島在山東省作為一個主要的近風電場發(fā)展基地，青島三面被海環(huán)繞，海岸線長度超過800 km，約占山東省海岸線的四分之一，在這里有豐富的風能資源，去年“山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)”被山東省提上日程，主要包括魯北、萊州灣、亳州、長島、以及山東半島北部，海上風電場將會在“第十三個五年計劃”中結(jié)完成，近海風電裝機容量達到10，000 MW。

2 一般風電場的選址要求

風電場的選址主要從以下幾個方面進行考慮。

（1）風功密度等級，達到3級以上具有開發(fā)價值。（2）應盡量選擇地震烈度小，地質(zhì)災害少，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件較好的場址。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，如強沙塵暴、臺風、低溫、雷擊、積冰等。盡量避免災害天氣頻發(fā)的地區(qū)[2]。（4）交通運輸和安裝條件，進出場地要方便，避免建設(shè)進出道路，增加成本，風電葉輪安裝需要一定的場地，主風向方向要開闊，無障礙物。（5）聯(lián)網(wǎng)線路，靠近合適電壓等級的變電站，減少線路敷設(shè)長度及損耗。（6）環(huán)境影響，風電場選址時應注意與附近居民、工廠、企事業(yè)單位（點）保持適當距離，盡量減小噪音污染；應避開自然保護區(qū)、珍稀動植物地區(qū)以及候鳥保護區(qū)和候鳥遷徙路徑等。（7）其他，主要包括風電機組的設(shè)置地形，坡度不易過大，機組之間的間距易在4～6倍葉徑，湍流等。

3 海上風電場發(fā)展的技術(shù)難題

毫無置疑，近海風電場在中國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?？傮w來說，目前近海風電遇到有三方面的困難和問題：一是在海岸惡劣環(huán)境下風機葉輪設(shè)計和安裝上的技術(shù)難題；二是風電場的管理和運行的問題；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、臺風等，這些自然環(huán)境條件要求風機具有抵抗這些災害的能力和技術(shù)條件。

3.1 鹽霧腐蝕對葉輪的影響

中國東南沿海地區(qū)屬于亞熱帶季風氣候，含有鹽分的海上霧氣被季風吹送至風電場，加速了鹽霧腐蝕葉輪的速度，葉輪是有高強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、影響其正常的運行、甚至導致緊急停機事故的發(fā)生。所以在有鹽霧腐蝕下的海岸風電機組應做防腐處理，例如：鍍鋅或者采用不銹鋼等材料。

3.2 臺風的影響

當風機組遭受強臺風時，風速超過風機設(shè)計上限時，倒塔、葉輪彎曲、墜落等事故可能會發(fā)生，在中國東南沿海臺風的影響十分突出，每年大約會出現(xiàn)1～3次臺風，臺風在廣東省每年登陸3次，在發(fā)到國家，已經(jīng)建立了臺風監(jiān)測基地，在中國目前還未建立完善的監(jiān)測臺風的基地，80%的臺風不僅影響中國沿海地帶，還會形成超過6 m高的大浪，可能會造成近海風電場地基和風機損壞，所以有必要加緊研究評估近海風電場地基在臺風波浪下的影響。

3.3 浮冰碰撞的風險

每年冬季，在渤海、黃海北部就會出現(xiàn)不同程度的結(jié)冰現(xiàn)象，中國結(jié)冰最嚴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，甚至有時出現(xiàn)被30到40 cm厚的冰層覆蓋，且面積達到70000 km2。

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

3.4 風機組運行和管理的難題

陸上風電場一般設(shè)有自己的運行和管理中心，且對其進行維護和管理比較方便，但是，對近海風電場，由于其惡劣的自然環(huán)境條件，如鹽霧腐蝕、臺風、大浪等，這將會導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)備將會使用協(xié)助其檢維修、重新安裝等工作，這也會導致成本急劇增加，一般來講近海風電場的維護運行成本將會是陸上風電場運行維護成本的2～4倍，所以十分有必要研究呢設(shè)計專門的機械設(shè)備用于近海風電場的檢修、維護、運行，以減少其運行管理成本。

4 結(jié)論

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

具體如下：（1）加強風機的防腐蝕材料的研制。（2）加強風機基礎(chǔ)在臺風、大浪、結(jié)冰的環(huán)境下的穩(wěn)定性研究，增強基礎(chǔ)的抵抗能力。（3）加快研制符合近海風電場的維護設(shè)備，包括大型構(gòu)件的安裝、維護等。

參考文獻

[1] Liu Lin， Ge Xuho， Zhang Yibin， Ming Yin， Li Li. Analysis on status quo of china's offshore wind power development.Energy Technol Econ 2012，24（3）：66-72.

[2] 吳培華.風電場宏觀和微觀選址技術(shù)分析[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2006，16（15）.

[3] 于力強，蘇蓬.風電場選址問題綜述[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009（7）.endprint