我國東南沿海海上風(fēng)電發(fā)展分析與展望

王翹楚

(山東師范大學(xué)附屬中學(xué)，山東濟(jì)南 250014)

1 我國及世界海上風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀

我國是目前全球第四大海上風(fēng)電國，占全球海上風(fēng)電8.4%的市場(chǎng)份額。我國海上風(fēng)能發(fā)展前景廣闊，優(yōu)勢(shì)明顯，但目前實(shí)際完成的海上風(fēng)電裝機(jī)容量只有約160萬kW，不到我國海上風(fēng)能資源儲(chǔ)備的1%。

而放眼全球，全球其他主要風(fēng)電國發(fā)展速度明顯快于我國。歐洲作為海上風(fēng)電主要發(fā)展與研究地區(qū)，2017年其海上發(fā)電的市場(chǎng)占有率達(dá)到20%左右。據(jù)預(yù)測(cè)，到2023年，全球海上風(fēng)電裝機(jī)容量將達(dá)到54000MW左右。

2 我國沿海風(fēng)電發(fā)展優(yōu)勢(shì)

我國作為主要風(fēng)電發(fā)展國之一，發(fā)展優(yōu)勢(shì)顯著。

2.1 資源優(yōu)勢(shì)

我國海岸線綿長，領(lǐng)海面積廣大，近海風(fēng)能資源豐富，據(jù)我國近海風(fēng)能可利用資源分析，中國5～25m水深、50m高度海上風(fēng)能技術(shù)開發(fā)量約2億kW，25～50m水深、70m高度海上風(fēng)能技術(shù)開發(fā)量約5億kW，遠(yuǎn)高于世界其他國家。

2.2 市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)

由于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)主要分布在東南沿海，電力需求巨大。數(shù)據(jù)顯示，去年11個(gè)沿海省份用電量占全社會(huì)用電量的53%。而我國傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源又主要集中在內(nèi)陸，新清潔能源發(fā)電由于自身發(fā)電條件因素限制大部分分布也在中國內(nèi)陸，如水力發(fā)電分布在長江黃河上游地區(qū)，傳統(tǒng)風(fēng)電主要分布在西藏、新疆等風(fēng)力資源豐富的山區(qū)，從而導(dǎo)致我國沿海電力負(fù)荷中心電力供應(yīng)不足，而且需要遠(yuǎn)距離輸電。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年全國跨地區(qū)輸電線路總計(jì)送端電量2907.2億千瓦時(shí)，受端電量2006.2億千瓦時(shí)，損失電量91億千瓦時(shí)，平均輸電損耗率4.34%，直接損失高達(dá)千億元。隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，我國平均輸電損耗率也呈逐年增長趨勢(shì)，再加之在我國陸上風(fēng)電行業(yè)中，一向存在西部地區(qū)產(chǎn)能過剩，而剩余電力難以順利向東部地區(qū)傳輸而被浪費(fèi)的問題，能源跨區(qū)運(yùn)輸調(diào)控前景不容樂觀。

這便突出了海上風(fēng)電的地域優(yōu)勢(shì)，與陸上風(fēng)電不同，海上風(fēng)電由于緊鄰我國電力負(fù)荷中心，消納前景非常廣闊。不但免去了長距離輸電帶來的電能損耗，還省去了輸送設(shè)備的搭建和維護(hù)成本，為海上風(fēng)電自身帶來了巨大優(yōu)勢(shì)。

2.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

我國作為傳統(tǒng)風(fēng)電國，風(fēng)電裝機(jī)容量已占全球總量的1/4，基礎(chǔ)技術(shù)構(gòu)架完整，為我國發(fā)展海上風(fēng)電提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，而海洋方面由于對(duì)于石油鉆井平臺(tái)等方面的研究，對(duì)其發(fā)展也有所幫助。我國對(duì)于海上風(fēng)力發(fā)電并不陌生，并已對(duì)其進(jìn)行了實(shí)踐。

2.4 海上風(fēng)力發(fā)電優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)陸上風(fēng)力發(fā)電由于風(fēng)電自身原因，不可避免地產(chǎn)生噪聲較大、占地面積較大等問題。而相較陸上風(fēng)電而言，海上風(fēng)電具有對(duì)環(huán)境和居民的負(fù)面影響較少、風(fēng)速更為穩(wěn)定、空間廣闊、允許風(fēng)機(jī)機(jī)組更為大型化等優(yōu)勢(shì)。

風(fēng)力發(fā)電作為國際上主要清潔能源發(fā)電方式之一，其技術(shù)已經(jīng)非常成熟，而作為以風(fēng)能為原始能量來源的發(fā)電方式，其原動(dòng)力必然是關(guān)注的焦點(diǎn)。但陸上風(fēng)電場(chǎng)因?yàn)槠渥陨碓?，必然?huì)有諸多發(fā)展限制，就此問題，國際上海上風(fēng)力發(fā)電這一發(fā)展方向越來受越重視。

3 我國海上風(fēng)電發(fā)展方向

海上風(fēng)機(jī)的支撐技術(shù)主要有底部固定式支撐和漂浮式支撐兩類，底部固定式支撐主要適用于近海25m以內(nèi)的海域使用，而懸浮式支撐主要適用于水深75～500m的范圍。

隨著我國海上風(fēng)電的發(fā)展，我國近海風(fēng)能資源越來越少，海上風(fēng)電只能向遠(yuǎn)海擴(kuò)展，而且與近海相比，遠(yuǎn)海對(duì)過往船只和陸地居民生活的影響更小。這必然導(dǎo)致處于深水區(qū)的中遠(yuǎn)海將是未來開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域，而對(duì)于此漂浮式風(fēng)電是開發(fā)這些海域的關(guān)鍵手段之一。

對(duì)于漂浮風(fēng)電場(chǎng)的研究，全球各主要海上風(fēng)電也都在加大研究力度，2017年10月18日，全球首座漂浮式風(fēng)電場(chǎng)Hywind在蘇格蘭東海岸正式投產(chǎn)運(yùn)行，該風(fēng)電場(chǎng)由挪威國家石油公司和Masdar公司聯(lián)合投資建設(shè)，離岸距離25km，總裝機(jī)30MW。截至2018年1月底，風(fēng)場(chǎng)已正常運(yùn)行3個(gè)月，其表現(xiàn)大大超出外界的預(yù)期，為我國懸浮式風(fēng)電發(fā)展提供了樣本。

4 海上風(fēng)電技術(shù)未來結(jié)合波浪能發(fā)展展望

海上風(fēng)電作為未來風(fēng)電發(fā)展的趨勢(shì)，其發(fā)展必然具有多方向性。發(fā)展海上風(fēng)電技術(shù)的同時(shí)可結(jié)合如波浪能發(fā)電裝置或潮汐渦輪機(jī)共同發(fā)電，進(jìn)一步節(jié)約成本，提高發(fā)電效率。

4.1 波浪能發(fā)電

海洋波浪蘊(yùn)藏著巨大的能量，以正弦波浪為例，每米波峰寬度的功率P≈HTkW/m。式中，H為波峰高度，T為波周期。通過波浪能發(fā)電機(jī)可將波浪的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械的、氣壓的或液壓的能量，然后通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、汽輪機(jī)、水輪機(jī)或油壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。全球有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的波浪能開采量估計(jì)為1億～10億kW。中國波浪能的理論儲(chǔ)量為7000萬kW左右。

與懸浮式風(fēng)電機(jī)相同，我國研制的“鷹式一號(hào)”波浪能發(fā)電機(jī)同樣采用懸浮式發(fā)電技術(shù)，這就為風(fēng)電和波浪能發(fā)電結(jié)合提供了可能。

4.2 潮汐渦輪機(jī)

與波浪能利用相同，潮汐單體渦輪機(jī)也是結(jié)合的一個(gè)方向，與利用波浪能不同，潮汐渦輪機(jī)利用潮汐能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能發(fā)電。與國內(nèi)普遍建造潮汐發(fā)電站不同，單轉(zhuǎn)子潮汐渦輪機(jī)不需要耗巨資建立電站，單個(gè)電機(jī)便可發(fā)電，這為與風(fēng)電機(jī)結(jié)合發(fā)展提供了基礎(chǔ)。

無論是與波浪式發(fā)電機(jī)還是與潮汐式電機(jī)結(jié)合，都是利用風(fēng)力發(fā)電塔這一基礎(chǔ)平臺(tái)，其好處主要有以下幾個(gè)方面。

(1)成本問題。海上風(fēng)電因?yàn)槠渥陨斫ㄔ祀y度系數(shù)大，海底電纜搭建復(fù)雜，建造成本一直居高不下，而使其與發(fā)電機(jī)結(jié)合，可以在搭建一套海底運(yùn)輸電網(wǎng)的條件下實(shí)現(xiàn)多方向，降低成本的同時(shí)提高發(fā)電效率。

(2)自身重力問題。無論海上風(fēng)機(jī)建構(gòu)采用的支撐技術(shù)是底部固定式支撐還是漂浮式支撐，其重力沉箱一直是必需構(gòu)件，而發(fā)電機(jī)的結(jié)合利用在發(fā)電的同時(shí)，便起到了固定作用，無論是上述哪種發(fā)電方式，渦輪機(jī)自身重量都可以起到固定作用。