關(guān) 新，吳 偉

（1沈陽工程學(xué)院新能源學(xué)院，沈陽110136；2遼寧社會科學(xué)院哲學(xué)所，沈陽112000）

截至2012年6月底，遼寧省風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)224萬k W，規(guī)模躍居全國第二位.風(fēng)電成為省內(nèi)第二大電源，預(yù)計(jì)年底風(fēng)電裝機(jī)容量340萬k W，裝機(jī)比例將超過12%，遠(yuǎn)高于全國3%的水平.從總體水平看，我省陸上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)相對比較成熟，但與陸上風(fēng)電相對應(yīng)的海上風(fēng)電開發(fā)還基本處于空白.

海上風(fēng)能對比陸地風(fēng)能有很多優(yōu)點(diǎn)：一是海面粗糙度小，離岸10 km的海上風(fēng)速通常比沿岸陸地高約25%，有利于增大機(jī)組容量；二是海面風(fēng)湍流強(qiáng)度小，具有穩(wěn)定的主導(dǎo)風(fēng)向，有利于減輕風(fēng)機(jī)損耗；三是海上風(fēng)切變小，因而可降低塔架高度.此外，在海上開發(fā)利用風(fēng)能不涉及土地征用、噪聲擾民等問題，適用于人口比較集中，人均面積相對較小，瀕臨海洋的地區(qū).

地區(qū)要發(fā)展海上風(fēng)能要考慮諸多方面的因素，如資源情況、地理?xiàng)l件、研發(fā)能力、制造潛力、人口分布、海岸建設(shè)、當(dāng)?shù)卣咧С值?目前，遼寧海岸線長度為1 787 km，近海風(fēng)能資源豐富，沿海城市大連、錦州、營口經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，在發(fā)展近海風(fēng)電上具有諸多有利條件.從客觀技術(shù)因素和主觀非技術(shù)因素出發(fā)，對我省發(fā)展海上風(fēng)電的有利條件和不利條件進(jìn)行分析，從而可以為我省發(fā)展海上風(fēng)電提供建設(shè)性意見，為我省“十二五”規(guī)劃中關(guān)于能源方面的規(guī)劃提供參考.

1 影響海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方面的因素

1.1 風(fēng)資源評估

風(fēng)資源評估是風(fēng)電場開發(fā)建設(shè)的首要步驟（無論是陸上風(fēng)電場還是海上風(fēng)電場），是進(jìn)行風(fēng)場選址、機(jī)位布局、風(fēng)機(jī)選型、發(fā)電量估算和經(jīng)濟(jì)概算的基礎(chǔ).

在宏觀分析選址上，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀蟛块T的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，獲得遼寧沿海的幾個城市的氣象特征分別如見表1、圖1所示.

表1 遼寧省部分沿海城市風(fēng)資源情況

圖1 遼寧省風(fēng)能資源劃分

營口、盤錦、大連、錦州等地區(qū)按照風(fēng)能資源上分處于風(fēng)能豐富區(qū)和風(fēng)能較豐富區(qū)，并且臨海處于渤海灣內(nèi)，風(fēng)速平穩(wěn)、風(fēng)浪較小，從宏觀風(fēng)資源角度上看非常適合海上風(fēng)資源的開發(fā)，若要進(jìn)一步的微觀選址則需要建立一整套完整的測風(fēng)系統(tǒng)以獲得準(zhǔn)確的技術(shù)數(shù)據(jù).

1.2 海床考察與基礎(chǔ)建設(shè)

海床的條件直接關(guān)系到基礎(chǔ)采用的形式，基礎(chǔ)的成本目前占單機(jī)總成本的19%，并且不同情況下的使用環(huán)境、造價都是不同.對于我國海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)，通常采用4種基礎(chǔ)形式：單樁基礎(chǔ)、三腳架或多支架基礎(chǔ)、沉降基礎(chǔ)和浮運(yùn)式基礎(chǔ).其使用海域范圍如圖2所示.

圖2 根據(jù)水域深度海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)用范圍的劃分

其中的單樁基礎(chǔ)適于淺水、灘涂，并且安裝簡便，但是不能移動，不適合軟海床.三角架或多支架基礎(chǔ)適合于水深30 m以上的水域，其基礎(chǔ)非常堅(jiān)固，但費(fèi)用昂貴，很難移動，也不適合軟海床.而沉降基礎(chǔ)適用于深度不太大的軟海床海區(qū)，并且安裝方便，但海床表面不平時需要進(jìn)行平整處理，建造費(fèi)用高.浮運(yùn)式基礎(chǔ)適合于50 m以上的水深，其本質(zhì)就是一艘發(fā)電船，并且只適合深海域.遼寧沿海風(fēng)速平穩(wěn)，海床下降平緩，海床地質(zhì)相對堅(jiān)硬，比較適合應(yīng)用單樁基礎(chǔ).

1.3 風(fēng)電機(jī)大型化制造

海上型風(fēng)電機(jī)未來趨勢必然是大型化，目前已有多家國外企業(yè)研制了5 MW以上的大型風(fēng)電機(jī)，而國內(nèi)5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)還處于空白.國內(nèi)最大僅僅做到了3 MW樣機(jī)，難度主要體現(xiàn)在整機(jī)設(shè)計(jì)能力及零配件加工能力，尤其是核心的齒輪箱、軸承等機(jī)械部件上.目前國內(nèi)能獨(dú)立設(shè)計(jì)生產(chǎn)3 MW海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的只有新疆金風(fēng)、大連華銳、沈陽華創(chuàng)3家企業(yè).其中我省占有2家，并且大連華銳風(fēng)電有限責(zé)任公司開發(fā)的3 MW海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)已經(jīng)落戶在上海東海大橋風(fēng)電場，現(xiàn)在正在為2010年上海世界博覽會提供電能，目前并沒有出現(xiàn)重大問題.這些對我省發(fā)展海上風(fēng)電場的建設(shè)具有積極的推動作用.同時我省的沈陽工業(yè)大學(xué)風(fēng)能技術(shù)研究所已經(jīng)設(shè)計(jì)出來的5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其樣機(jī)正處于試制階段，明年即將面世.

1.4 機(jī)組安裝與維修

受限于氣象條件，海上作業(yè)對風(fēng)浪、潮汐狀況要求十分嚴(yán)格.海上風(fēng)機(jī)安裝主要有2種方式：海上分體安裝和海上整體安裝.海上整體安裝包括陸地安裝和海上運(yùn)輸2部分工作.我省的大型起重船只較多，無需改造就能進(jìn)行施工，在整體安裝方式上我省很容易實(shí)現(xiàn).還有風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要維修時，主要考慮時間和人員安全，我省處于渤海灣內(nèi)，風(fēng)浪相對于其他海域小，對降低維修成本具有很大的優(yōu)勢.

1.5 變電站的建設(shè)

近海風(fēng)電場電氣極限和接入系統(tǒng)方式與陸地風(fēng)電場基本相同.每個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需用電纜與相鄰的機(jī)組連接，經(jīng)一個或多個中壓集控開關(guān)組件及電纜單元匯集，并進(jìn)一步升壓送至更高電壓的電網(wǎng).而海上風(fēng)電場由于其特殊性，多采用新型低壓直流輸電技術(shù)，其方法是海上風(fēng)電機(jī)產(chǎn)生的電能在低壓的條件下通過直流電的方式輸送到陸地上，這是避免由于長距離的低壓輸送而造成電能的浪費(fèi).這種傳輸方式雖然不需要建造大型變電所，但也要在接近海上風(fēng)電場附近的海域范圍內(nèi)建造相應(yīng)的變壓站，其主要的作用是將不穩(wěn)定的交流電流轉(zhuǎn)化成直流電流.因此，適合海上風(fēng)力發(fā)電的新型變電所建設(shè)成為一個要解決的重要問題.在這方面我省的沈陽工業(yè)大學(xué)，大連理工大學(xué)、東北大學(xué)和沈陽工程學(xué)院都在積極努力攻克相關(guān)技術(shù).

1.6 電網(wǎng)接入

因?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)場面積較大，需要長距離輸電，所以在海底電纜鋪裝時，風(fēng)電場內(nèi)部以及送出電纜均由敷設(shè)船放入海底，使用高壓噴水沖擊海床，然后使電纜埋入海床下1 m深處.這樣可以避免捕魚工具、錨以及海水沖刷對海底電纜造成破壞的風(fēng)險.在這點(diǎn)上我省作為沿海省份，其中大連港、營口港、錦州港作為全國大型的海運(yùn)樞紐，船只來往頻繁，所以在風(fēng)電建設(shè)上一定要注意這風(fēng)電場與航運(yùn)的相互影響.同時也正因?yàn)檫@些大型港口的存在，風(fēng)電機(jī)組大型零部件在運(yùn)輸和安裝上有著其他省份沒有的天然優(yōu)勢.

1.7 標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范建設(shè)

風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范建設(shè)是非常重要的.掌握風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵測試技術(shù)，完善風(fēng)電機(jī)組測試能力和標(biāo)準(zhǔn)，建立風(fēng)電產(chǎn)品認(rèn)證體系，對保證產(chǎn)品質(zhì)量、規(guī)范風(fēng)電市場、提高風(fēng)電機(jī)組的性能起到重要作用.我省的沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)、華人風(fēng)電、沈陽華創(chuàng)、華銳集團(tuán)都在積極從事這方面的工作，這必將為我省的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)入國際市場奠定基礎(chǔ).

1.8 基礎(chǔ)理論研究

風(fēng)力發(fā)電的基礎(chǔ)理論包括復(fù)雜相互作用的輕型材料、空氣動力學(xué)的設(shè)計(jì)和智能化的電子控制系統(tǒng)等.風(fēng)能的廣域分散性、隨機(jī)性和能量的低密度性，使得如何獲取風(fēng)能而高效地轉(zhuǎn)化為電能需要解決一系列關(guān)鍵的基礎(chǔ)問題.我省多家高校和科研院所都在積極努力研究，取得了一定的成果，但是在可靠性研究設(shè)計(jì)方面還存在一些障礙.因此，基礎(chǔ)理論研究方面還需要政府的引導(dǎo)和支持，特別是對于風(fēng)電重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的支持.

1.9 技術(shù)引進(jìn)

目前我國大量引進(jìn)的是歐洲的風(fēng)電技術(shù)，是以海洋性氣候發(fā)展起來的高風(fēng)速發(fā)電機(jī).歐洲的風(fēng)電技術(shù)引進(jìn)我國后發(fā)展了幾十年，但是發(fā)電效率低、并網(wǎng)穩(wěn)定性差、故障率高的問題始終沒有解決，從我國陸地風(fēng)機(jī)使用情況看，“裝機(jī)容量大而發(fā)電量低”的問題更嚴(yán)重.因此，對歐美的風(fēng)電技術(shù)要有一個正確的認(rèn)識，不要被其束縛，因?yàn)槠洳惶m用于中國風(fēng)資源的利用.從國外引進(jìn)的產(chǎn)品和技術(shù)成本高，并且引進(jìn)整機(jī)出現(xiàn)問題后，需返廠重修，耗費(fèi)時間和資金，核心技術(shù)也始終掌握在國外企業(yè)手里.因此，在技術(shù)引進(jìn)的同時，必須要消化、吸收再創(chuàng)新，掌握核心技術(shù)，提高企業(yè)的自主創(chuàng)新能力，逐漸擺脫對于外國產(chǎn)品和技術(shù)的依賴，制造符合我國風(fēng)電場需要的自主品牌的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品.我省作為裝備制造業(yè)大省，擁有豐富的科技資源，具備了在風(fēng)電技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新的能力，通過圍繞風(fēng)機(jī)關(guān)鍵核心技術(shù)的突破展開技術(shù)攻關(guān)，我省必將成為國內(nèi)風(fēng)電技術(shù)的領(lǐng)跑者.

2 影響海上風(fēng)力發(fā)電非技術(shù)方面的因素

海上風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展除了客觀技術(shù)因素外，還存在一定的主觀因素，如政府對海上風(fēng)電發(fā)展政策支持.為此2009年國家能源局發(fā)布了《沿海地區(qū)大型風(fēng)電基地規(guī)劃工作大綱》.另外職能部門的科學(xué)規(guī)劃、對電能的合理定價都會對海上風(fēng)電的發(fā)展有一定的促進(jìn)作用.

2.1 科學(xué)規(guī)劃

就目前海上風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r來看，個別地方還存在著開發(fā)程序混亂的問題.為此，國家能源局和國家海洋局聯(lián)合制定了《海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)暫行管理辦法》，該辦法規(guī)定了海上風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃編制、海上風(fēng)電項(xiàng)目授權(quán)、海域使用申請審批和海洋環(huán)境保護(hù)、項(xiàng)目核準(zhǔn)、施工竣工驗(yàn)收和運(yùn)行信息管理等各個環(huán)節(jié)的程序和要求，其中進(jìn)一步明確了中央與地方以及能源、海洋、環(huán)保、土地等職能部門的權(quán)責(zé)，旨在為海上風(fēng)電提供一個透明、寬松、清晰地發(fā)展環(huán)境，此辦法使海上風(fēng)電開發(fā)有路徑可依.在海上風(fēng)電開發(fā)相關(guān)國家政策出臺以后，我省也應(yīng)該在“十二五”規(guī)劃中，充分考慮把海上風(fēng)電發(fā)展列入能源發(fā)展規(guī)劃，做出詳細(xì)、可行的發(fā)展戰(zhàn)略.

2.2 合理定價

海上風(fēng)電場由于基建、安裝入網(wǎng)以及維護(hù)難度的增加，投資成本遠(yuǎn)高于陸地風(fēng)電場.就我國現(xiàn)有的東海大橋風(fēng)電示范項(xiàng)目而言，目前確定的含稅上網(wǎng)電價為0.978元／k Wh，與最近一期風(fēng)電特許權(quán)招標(biāo)電價相比高出了近1倍.即使這樣，業(yè)內(nèi)專家還預(yù)計(jì)項(xiàng)目仍難以實(shí)現(xiàn)收支平衡.依據(jù)國外海上風(fēng)電場經(jīng)驗(yàn)，以我國當(dāng)前海上風(fēng)電的建設(shè)成本，我省海上風(fēng)電并網(wǎng)后的電價至少要在1.2元／k Wh以上才能盈利.

2.3 人才因素

風(fēng)電建設(shè)，尤其是海上風(fēng)電建設(shè)需要大量的實(shí)用性人才.從風(fēng)電場建設(shè)，到風(fēng)力發(fā)電并入電網(wǎng)，需要掌握專業(yè)理論知識的高技術(shù)人才，但是更需要大量工程技術(shù)人員.工程設(shè)計(jì)的創(chuàng)新就在于搞出結(jié)構(gòu)簡單可靠，造價低的產(chǎn)品，而且產(chǎn)品要質(zhì)優(yōu)價廉才行，不然是站不住的.這就需要我省高校在工程技術(shù)人員的培養(yǎng)方面做出更多努力.在這方面，我省高校走在了前面，沈陽工業(yè)大學(xué)依托風(fēng)能所建立的新能源學(xué)院，就是以培養(yǎng)風(fēng)電設(shè)計(jì)開發(fā)高科技人才為主，沈陽工程學(xué)院的能源與動力系以培養(yǎng)風(fēng)電專用技術(shù)人才為主，明年就有一批畢業(yè)生進(jìn)入我省風(fēng)電企業(yè)從事工程實(shí)踐工作.

2.4 環(huán)境問題

在環(huán)境問題上，首先影響的就是漁業(yè)生產(chǎn)，如果海上風(fēng)力發(fā)電場風(fēng)機(jī)之間的間距過小，會影響漁船的捕魚活動，以及影響近海的漁業(yè)養(yǎng)殖空間.因此，發(fā)展海上風(fēng)電要充分考慮到風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)與漁業(yè)生產(chǎn)之間的利益博弈，這是在決定興建海上風(fēng)力發(fā)電場的時候不得不面對的問題.同時，發(fā)展海上風(fēng)電對鳥類、景觀、海洋生物等存在不同程度的影響.

3 總 結(jié)

從以上各方面因素分析來看，雖然發(fā)展海上風(fēng)電存在一些問題，但是綜合評價，發(fā)展海上風(fēng)還是利大于弊的.我省具備了發(fā)展海上風(fēng)力發(fā)電的條件，我省海上風(fēng)電資源豐富，并且已經(jīng)積累了大量的陸上風(fēng)電發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，具備了一定的風(fēng)機(jī)裝備制造能力.總之，雖然海上風(fēng)電在技術(shù)上還不成熟且發(fā)電成本也較高，但是受到陸地資源的限制，海上風(fēng)電是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個必然趨勢和方向.發(fā)展海上風(fēng)電相對于陸上風(fēng)電不占用稀缺的土地資源，可以為我省其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展節(jié)約出大量土地，同時還提供清潔的電能.此外，發(fā)展海上風(fēng)電還會吸納大批人員就業(yè)，對于推動我省經(jīng)濟(jì)增長起到很大促進(jìn)作用.如果我省在海上風(fēng)電領(lǐng)域能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)突破，風(fēng)機(jī)制造企業(yè)能夠具備整機(jī)制造能力，將會極大提高我省在國內(nèi)的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)競爭力，也必然會帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益.其次，我省作為裝備制造業(yè)基地，能源需求量很大，特別是重點(diǎn)發(fā)展的大連、錦州、營口等沿海城市，能源缺口將是制約其發(fā)展的重要因素.因此，發(fā)展海上風(fēng)電對于我省沿海城市將是一條必由之路.

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［2］ 李曉燕，余 志.海上風(fēng)力發(fā)電進(jìn)展［J］.太陽能學(xué)報(bào)，2004（1）：78－84.

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