海上风力发电的现状及展望

海上风力发电的现状及展望

刘耀华

甘肃省特种设备检验检测研究院  甘肃省兰州市  730050

摘要：随着社会不断向前发展，经济水平不断提高，用电需求的保证成为各国必须确保的基本问题。然而，传统的火力发电所造成的煤炭资源大量开采以致储量不足和大气污染以及全球变暖等诸多问题亦接踵而至。为了可持续发展，减轻这些困扰全球的问题，新型分布式清洁能源并入配电网逐渐成为世界各国的研究重点。在所有清洁能源之中，风能是最常见的，拥有着极大的发展潜力。相比陆上风电而言，海上风力发电的发展较为落后，但有着天然的优势。研究结果表明，海上风力发电在减少碳排放、保证可持续发展、提高发电效率、保障用电需求等方面的优势十分显著。

关键词：海上风力发电；发展现状；相关政策；发展前景

引言

作为一种新兴的海上新能源，海上风电具有风速更高、风能资源更丰富、单机容量高、靠近东部用电负荷中心，就地消纳方便、噪音污染小的优点。经过连续多年的高速增长，我国海上风电装机总量已居世界第一。因此，大力发展海上风电成为实现“碳达峰、碳中和”目标的主要手段之一。

1影响海上风力发电发展的一些因素

目前正处于海上风力发电发展的黄金时期，影响海上风力发电的因素主要有：海上风电机组的单机容量更大，制造技术变得复杂，工程建设成本较高，海上风电机组的运行和维护成本也很高。对海上风场成本影响较高的因素有：离岸距离、水域深度、升压站的位置、风机等基础造价及人工费用等。此外，海上风电处于强腐蚀性的海洋环境，组件长期暴露在外，防腐蚀防护问题面临巨大挑战。而且，海上气候环境恶劣且复杂多变，风电机组的吊装、项目施工及运行难度大，需要加强气候监测能力，科学制定吊装和施工方案等应对措施。

2我国海上风力发电的发展

2.1漂浮式海上风电

目前我国海上风电的开发主要集中在浅水滩涂海域，在近海即水深在5～50m的海域海上风能储量约为5亿kW，据统计，水深大于50m的深水海域风能储量约为13亿kW，这一储量远远高于浅水区域。但是当水深大于60m时，固定式海上风机建造以及维护的成本会急剧上升，且难以保证其安全性。漂浮式基础因其可搭载更大功率的风机、适用于更深的海域而逐渐成为深远海风能开发的必要技术手段，目前已经成为海上风能利用的重要研究方向，但却存在着诸多的技术挑战亟待解决。

2.2提高状态监测设备及系统的可靠性

状态监测所需数据主要来自于运行设备上的传感器。传感器采集到的信号经过处理后，提取出特征量为分析、诊断提供素材。应用状态监测技术时，应先对运行设备故障机理进行深入分析，得出所需监测的对象，然后采用相应传感器检测出所需物理量。应用于风电机组的状态监测技术主要有加速度及振动监测、温度监测、应力监测、油液监测等。当前，海上风电运维数据来源主要依赖于内容管理系统和数据采集与监控系统等，由于这些运维数据的共享性和开放性不足，同时有较大的滞后性且监测范围有限，导致无法为风机的实时状态评价提供充分的判断依据。所以进一步提高状态监测设备及系统的可靠性，应首先提升海上风机的监测水平，为海上风电运维管理提供可靠的数据支持

2.3海上风力发电场选址

海上风力发电场的选址十分重要，选择的地质稍有不慎会导致项目的失败。进行选址时，需受到制约的因素众多，如管制区域的限制、环境生态要求及风资源的条件等。选址的基本原则要考虑以下几个方面：（1）风资源的类型、频率和周期，海床的地质结构，海底的深度和最高波浪级别；（2）地理位置：避开航线和雷达及军事设施，选择接近陆地的地方并接近主要电网的中心，方便基础工程实施；（3）极端情况考虑：地震类型及活跃程度、雷电等恶劣天气的应对措施等；（4）环境影响：符合当地城市建设规划与海洋资源的开发利用，考虑海上风力发电场对当地生态环境，水中生物以及旅游产业造成的影响等，尽量减少对渔业的影响。我国是能源消耗大国，可再生资源和新能源是我国未来能源建设方向，目前正在大力发展海上风力发电技术，目前已建成海上风力发电能源开发利用量超过20兆瓦，这种独特的资源优势对我国发展海上风力发电技术十分有利，可有效解决能源短缺问题。

2.4海上风电联合其他产业融合发展

随着海上风电发展走向深远海域，由风电场向外的输电的成本会随着海缆本身以及海缆铺设工程成本的提高而快速增加，此外，锚固系统以及基础结构造价也较固定式基础有较大的提升，这也是目前我国深远海风电开发所面临的主要挑战。面对这一现状，业内人士提出了“多品种融合”的发展模式，即将海上漂浮式风电与其他海洋工程的发展相结合，未来几年，我国海上风电的发展也将从单一模式逐渐走向多品种融合的发展模式，海上风电将与海洋渔业、氢能、海水淡化等多种产业相结合，以达到海洋能源的综合开发利用，从而降低海上风电成本。

2.5提升运维方案的优化设计水平

目前，海上风电运维系统依然参考陆上风电运维系统，具体实际运维方案存在可优化空间，例如运维资源配置因缺乏正确的设计而显得过于保守，运维调度因未进行精益分析，导致产生大量的运维成本。因此，应对海上风电的运维方案进行精益化分析，优化设计运维调度方案、资源配置方案等。随着未来海上风电的快速发展，其离岸距离和安装海水深度不断增加，因此运行维护成本也会进一步提高。可根据不同风机的运行状况，通过离岸距离、水深、风电场规模、风/浪等气候条件因素建立海上风电场运维成本模型，用于优化运维方案，减少海上风电运维成本。

2.6海上风机的结构类型

海上风机结构类型一般分为以下四种，分别是单桩风机、重力式混凝土、沉箱多桩及吸力式风机。每种机械都有其独特的优缺点。单桩风机受到海底地质条件和海水深度的影响，插入海床的深度与土壤的强度有关，安装设备较为单一，一般安装在海底10～25m的中等水域，优点是安装简便，无须海床准备，缺点是移动困难，需要较高的费用。重力式混凝土沉箱基础结构体积较大，靠自身重量固定风机，优点是基础结构简单、造价相对比较低廉、抗风暴和风浪袭击能力强、稳定性较高，缺点是在安装时需要进行海地测量准备、施工时间长、运输费用大。多桩式，通常是为三脚桩适合在深海进行建造，优点在于重量轻、施工方便，缺点是成本高。最后一种是吸力式沉箱基础，它适合安装在砂性土及软黏土的地区，可以细分为单柱及多柱吸力式，优点为建造方法灵活，缺点为不稳定。海上风机基础结构类型的选择，取决于成本、水深、地质与海床条件和安装条件等。

结语

新能源的开发与利用有利于我国低碳社会和低碳经济的发展，海上风力发电作为一种清洁能源，更是当前值得提倡的发展方向之一，陆地风力发电技术的不断成熟促使风力发电技术的成熟，为海上风力发电技术的发展打下了坚实的基础。在海上风力发电技术上的提高会使我们未来的用电成本进一步下降，也能让海上风能得到进一步的利用。

参考文献

[1]王松.低碳经济环境下的海上风力发电发展探析[J].现代经济信息,2017,(21):282-283.

[2]黄海龙,胡志良,代万宝等.海上风电发展现状及发展趋势[J].能源与节能,2020, No.177(06):57-59.

[3]王建峰,蔡安民,刘晶.我国海上风机基础形式分析[C]// 经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第二卷)，2010.

[4]官明开,张险峰,向欣,等,柯逸思.海上风电重力式基础施工工艺研究[J].中国水运(下月),2019,19(05):170-172.