《海上风资源评估...

海上风资源评估与选址

Offshore wind resource assessment and sitting

摘要：海洋是全球风资源最为丰富的地区，随着世界对清洁能源的需求不断加大，海上风电开发将是今后的一个发展趋势。本文介绍海上风电开发历程、现状以及优势，阐述海上风资源测量和评估方法以及海上风电场选址，并提出海上风电场拓扑优化选址方法。

关键词：海上风资源测量与评估、海上风电场选址、拓扑优化选址

Abstract: Sea is the most abundant wind resource area of the world. As the growing need of clean energy, offshore wind farm development will be a trend in the future. This paper has introduced the past and present development and advantage of the offshore wind farm, expatiated on methods to measurement and assessment of offshore wind resource as well as sitting of offshore wind farm and raised a method to topology optimized sitting of offshore wind farm.

Key words: offshore wind resource measurement and assessment, offshore wind farm sitting, topology optimized sitting

引言

随着世界能源供需形势的日益紧张以及人类对环境保护的日益关注，开发清洁、环保、可再生的新能源已经成为了未来能源开发模式的共识。风能作为一种清洁环保、可再生的能源，因其蕴含量大、分布范围广、开发前景好等优点，迅速引起了广泛的关注，并且获得了各种形式的开发利用，风力发电即是其中一种主要形式。

近几年，随着能源市场的需求以及风电开发技术的不断进步，全球掀起了一股风电开发热潮，风电开发获得了迅猛发展。根据世界风能协会发布的《2011年上半年风电报告》，截至2011年6月底，世界风电装机容量达到2.15亿千瓦，新增装机容量达到1840.5万千瓦，预计2011年全年风电新增装机容量将达到4390万千瓦，总装机容量将达到2.41亿千瓦。而仅中国在2011年前6个月，就增加800万千瓦

风电装机容量，占同期世界风电新增装机容量的43%。截至2011年6月底，中国风电总装机容量达到约5200万千瓦[1]。

与此同时，随着陆上风电的逐步发展成熟，可利用的陆上风能资源不断减少，此时可开发风能资源蕴藏量更为丰富、开发前景更为广阔的海上风电开发也吸引了世界的目光，各项开发工作逐步开展，它将成为未来风电开发的主要方向。我国近海丰富的风力资源、地广人稀的海岸滩涂地带和岛屿，以及东南地区繁荣的电力市场，为大规模的海上风电开发提供了有利条件。国家能源局于2009年4月发布了“海上风电场工程规划工作大纲”（国能新能（2009）130号），提出以资源定规划、以规划定项目的原则，要求对沿海地区风能资源进行全面分析，初步提出具备风能开发价值的滩涂风电场、近海风电场范围及可装机容量。国家能源局分别于2010年1月和2011年7月发布了《海上风电开发建设管理暂行办法》和《海上风电开发建设管理暂行办法实施细则》，对海上风电场工程项目规划、前期工作、开发权、核准等建设程序进行了规范，初步形成我国完整的海上风电前期工作技术标准管理体系[2]。

1.海上风电的优势

海上风电场分为滩涂、近海风电场以及深海风电场，其中滩涂风电场包括潮间带和潮下带，指理论多年平均高潮位线以下至理论最低潮位5m水深海域开发的风电场，近海风电场指理论最低潮位以下5～50m水深海域开发的风电场，深海风电场指在大于理论最低潮位以下50m水深的海域开发的风电场[3]。

由于海洋自身特殊的地理气象环境，相对于陆上风电，发展海上风电具有以下优势[4]：

1)海上风力资源大大高于陆上，这已经被建成的海上风场所证实，离岸10km的海上风速通常比沿

岸陆上高约25%；

2)海上风湍流强度小，具有稳定的主导风向，机组承受的疲劳负荷较低，使得风机寿命更长；

3)风流过粗糙地表或障碍物时，风速的大小和方向都会变化，而海面粗糙度小，因而可能的风切

变小，故塔架可以较短，成本降低；

4)海上风电受噪声、景观影响、鸟类影响、电磁波干扰等问题的限制较少；

5)海上风电场不占用陆上土地，不涉及土地征用等问题，在陆地上装机空间有限的情况下广阔的

海上场址无疑倍受人们关注；

6)海上风能的开发利用不会造成大气污染和产生任何有害物质,可减少温室效应气体的排放,环保

价值可观。

2.海上风电发展历程及现状

2.1世界海上风电发展

海上风电起始于欧洲，经过几十年的发展，目前已经在世界各地获得了蓬勃发展。纵观其发展历程，大致可将其分为以下四个阶段[4]：

1)1977～1988年，国家级海上风能资源潜力和相关技术的研究，论证建设海上风电场的可能性；

2)1990～1998年，欧洲范围内海上风能潜力评估，一些拥有中型风力机的近海风电场相继建成；

3)1999～2005年，大型海上风电示范工程的建设和大型海上风力发电机组技术开发；

4)2005年以后，大型海上风电场的规模化发展时期。

目前世界海上风电还是主要集中在欧洲，其装机容量占世界总装机量的90%。1991年丹麦建成了世界上第一座海上风电场，但是其后十年仅完成了31.45MW的海上风电装机容量。随后从2000年到2008年，随着海上风机整机技术及风电场建设技术的逐步发展成熟，欧洲海上风电迅速发展，其装机容量年复合增长率达到37.1%，总装机容量达到1470MW。2008年和2009年更是连续两年海上风电新增容量超过了50万kW，两年的安装量超过了过去累计装机容量的总和。从海上风电累计市场份额看，英国、丹麦保持领先地位，分别占世界海上风电份额的44%和30%，2009年新建成的海上风电集中在英国（28.3万kW）、丹麦（23万kW）、瑞典和德国（均为3万kW）以及挪威（2300kW）。同时2010年5月，德国第一座深海风电场建成投产，装机容量6万kW，距离海岸线50公里，成为距离陆地最远的海上风电场[2]。截止2010年底，欧洲海上风电并网容量已经达到2964MW，而根据欧洲风能协会的预计：到2011年将新增海上风电并网容量1000MW-1500MW，2015年海上风电装机容量将达到8000万KW[5]。

2.2我国海上风电发展

我国近海风能资源十分丰富，据中国气象局风能资源详查初步成果，我国5～25米水深线以内近海区域、海平面以上50米高度风电可装机容量约2亿千瓦，具备巨大的海上风电开发潜能。

我国海上风电开发始于2008年，目前处于起步阶段，但是发展很快，正在迎头赶超世界先进国家。上海东海大桥风电场项目是我国自行设计、建造的第一个国家海上风电示范项目，采用华锐风电自主研发的34台3MW风电机组，总装机容量10万KW，已于2010年顺利并网发电。2010年5月国家启动了第一批100万KW海上风电场特许权项目招标，分别为滨海、射阳、东台、大丰四个海上风电项目。第二批200万KW海上风电场特许权招标项目即将于2011年10月举行。与此同时，上海、江苏、山东、浙江、福建、广东、广西、海南、河北、辽宁等沿海省市纷纷启动了各自的海上风电项目规划，如下表