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國際海上風電發展現狀及趨勢
作者:管理員    發布於:2013-10-28 13:59:03    文字:【】【】【
摘要:昆明電線電纜

1、丹麥、德國和歐盟是海上風電發展倡導者

盡管世界海上風電裝機容量已經達到了100萬千瓦,但是大約40%在丹麥,其餘分布在德國、英國、愛爾蘭、瑞典和意大利等。丹麥是一個島國,近海麵積遠遠大於陸地麵積,地處波羅地海,海風風速穩定,沒有災害性台風影響,有利於開發海上風電場。目前,丹麥建成了7個海上風電場,總裝機容量達到40萬千瓦。因此,丹麥是海上風電先導者,也是海上風電的倡導者。在丹麥的積極倡導和設備供應商的推動下,歐盟在2004年將海上風電的開發提上日程。按照歐盟風能協會的計算,2020年風電裝機容量將達到1. 8億千瓦,海上風電約為8 000萬千瓦。

歐盟各國為海上風電項目審批實行一站式服務,為海上風電項目的開發提供方便;建立統一海上風電聯網機製,建立近海海底電纜聯網係統,方便海上風電的接入;各國分享已經取得的海上風電的經驗和教訓,聯合進行技術研發並盡可能形成規模化海上風電的開發;明確海上風電過網費的分擔水平,給開發商明確的價格政策信息;充分利用海洋開發的數據和經驗,要求海洋、海事、海運部門為海上風電開發提供技術支持,以便選擇最適合開發的風電場。歐洲風能協會和各電網公司聯合製定海上風電上網的技術標準和技術要求,方便海上風電的上網。

在歐盟政策的鼓勵下,德國也開始了海上風電的發展。德國陸地風能資源較好地區的開發程度已經較高,海上風電開發目前正式進入德國的開發日程。針對當前海上風電電價過低的局麵,德國計劃修改電價方案,即基本電價為14歐分/千瓦時,並可隨著水深和離岸距離的增加而適當增加。德國風能協會預計:2020年陸地風能的安裝潛力在4 500萬千瓦,海上要發展1 000萬~1 200萬千瓦,合計約5 500萬千瓦;2020年風電可滿足20% ~25%德國電力消費需求。德國政府遠期海上風電發展計劃是: 2030年前要發展2 000萬~2 500萬千瓦的海上風電。

歐盟國家是海上風電的先行者,也已為海上風電的開發做了大量的準備工作,一旦時機成熟,將著手推動海上風電的更大規模發展。

2、投資大和成本高將是製約海上風電開發的主要因素

發電成本是海上風電發展的瓶頸。研究表明,按照目前的技術水平和20年設計壽命計算,海上風電的發電成本約合人民幣0.42元(或0.05美元) /千瓦時 。這是由於海上風電的初期投資費用較高,特殊基礎結構的建造和並網連接所占份額最大,一般要占總投資的一半以上;海上風電成本也與單機容量和風電場裝機台數有關,同一基礎安裝更大容量的風電機組會更經濟,海上風電場總裝機容量在10萬千瓦以上比較經濟;海上風電場的運行和維護費用也很高。為減少維修次數,在海上惡劣天氣條件下停運設備降低了可用率;為使風電機組適合海上運行,要采取氣密、幹燥、換熱、防腐處理等特別措施;為方便維修風電機組需設計、安裝的特殊裝置,這些都造成發電成本的增加。目前,海上風電場的總投資中,基礎結構占15% ~25%,而陸上風電場僅為5%~10% 。因此,發展低成本的海上風電基礎結構是降低海上風電成本的一個主要途徑。

3、海上風電開發技術上可行,裝備不是其製約因素

雖然海上開發有許多特殊製約條件,如鹽霧問題導致的防腐問題,地質條件複雜導致的施工困難,但是經過對現有海上風電場與風電設備的考察發現,海上風電設備的故障率遠低於陸上。究其原因主要是:陸上風機穩定可靠地運行已經有了20多年的經驗,對海上風電技術裝備提供了技術基礎;設備供應商經過近十年的研究和適應,充分考慮了海上風電的特殊需要,參考海上鑽井平台的運行經驗,對設備運行和維護提出了相應的技術要求和維修維護預案;各設備供應商大多對海上風電進行了長期的研究和實驗,比如丹麥的維斯塔斯對丹麥的海上風電進行了10多年的研究和開發積累,具有了海上風電設備實際商業化運行的經驗。因此,裝備技術已經不再是發展海上風電的阻礙。

國外海上風電的發展趨勢

1、風電技術發展迅速,成本持續下降

海上風電場總投資成本一般比陸上風電場總投資成本高出2倍左右,其中基礎、安裝及電網接入成本遠遠大於陸上。雖然建設成本相對較高,但海上風電場擁有優越的風資源,不占用陸地麵積等顯著優點,它的經濟價值和社會價值正得到越來越多的認可。同時海上風電場安裝容量的增加、風機尺寸和風機布置規模的擴大、大功率風機的研製開發和安裝運輸技術的成熟,海上風電成本及運營成本也在逐步下降,海上風電將得到進一步的發展。

歐盟委托歐洲風能協會製定風機發展的標準和認證體係,協調各個風機製造商,在技術創新的同時,把相對穩定機型和頻譜、避免機型出現混亂、增加零部件的通用性和互換性、提高可靠性和穩定性、降低發電成本作為重要目標。過去的發展更多的是依靠技術進步,以後更多的是依賴於規模化、係列化和標準化降低成本。一旦大規模投入市場,通過規模化、係列化和標準化,可以大幅度降低售價,從而降低發電成本。世界風能理事會估計,到2020年,海上風機的造價可以降低40%以上,發電成本可以同幅下降。

國外有關機構也對如何降低海上風電成本進行了研究,提出了以下應對措施:提高海上風機的可靠性,延長使用壽命,提高免維護時間,降低維護和維修費用;適當大規模開發,合理安排施工時間;充分利用已知海洋地質和氣象資料,減少開發初期投入;適當降低噪聲要求和塔架高度,降低造價。

2、政府支持仍然是歐洲海上風電發展的主要因素

海上風電是當前提倡的低碳經濟發展項目之一,政策的積極支持是海上風電產業發展的主要因素。海上風電利用海上風能資源,是一種清潔的可再生能源,與傳統的燃煤發電相比,海上風電不依賴外部能源,沒有碳排放等環境成本,不會造成大氣汙染和產生任何有害物質,是理想的綠色能源。正是因為有這些獨特的優勢,風力發電逐漸成為許多國家可持續發展的重要組成部分。

盡管風電成本開始大幅度下降,在資源好的條件下,在考慮環境外部成本特別是碳稅的情況下,基本上可以同煤電和油電相競爭,但是風電由於其間歇式等技術問題,需要政府的協調和支持,才能有效地發揮電網企業的積極性。突破風電上網瓶頸,保障風電的順利發展。歐盟把發展可再生能源作為應對氣候變化、能源來源多樣化、保障能源安全和經濟發展新的增長點的重要措施,製定若幹政策和機製,積極推動可再生能源的發展。為了發展海上風電,歐盟已經決定建設環大西洋歐洲沿岸的海底電纜網,為海上風電的輸送和調度提供基礎設施保障,現在已經進入勘探設計階段。在風能資源普查方麵,歐盟繪製了統一的風能資源圖,還配合海上風電開發,開始繪製海上風能資源圖,為風電的開發奠定數據支持基礎。

國外海上風電技術的發展

1、海上風能資源評估技術

在海上風電發展中,注重提升風電技術,最快速地降低成本是海上風電發展的重要目標。若想利用海上風能,需要搞清楚近海區域上的風的變化規律及特征,主要有以下幾種方法:利用沿岸陸地氣象觀測數據、船舶報數據及氣壓數據和海麵風場數值模擬。其中利用沿岸陸地氣象觀測數據是常采用的方法。將獲得的海上一段時期內的氣象資料與岸邊同步觀測的氣象資料進行對比分析,從而推測出對應海區的風況特征。為彌補海上氣象觀測稀缺和近岸海域數據不連續等問題,通過建立風場數值模型模擬計算出一個區域內風能的分布。模擬計算中考慮許多對近地麵的風切變有重要影響的過程如海陸風、逆溫等 。

2、海上風電場設計

近年來,海上風電項目從單台機組逐步發展為大中型風電場建設。海上風電場的設計對海上風電場的技術性和經濟性至關重要,包括機組的排列和風電場控製方式。

海上風電機組的排列方式應考慮海床的結構以及環境、地理和技術條件等的限製,應盡可能地避免風電機組的相互幹擾,減少風電機組的尾流所造成的損失,優化利用海域麵積,使單位麵積的裝機容量或發電量最大化。為降低成本,風電機組應盡可能地布置在淺水、且海底平坦的海域。

海上大型風電場並網方式一般采用兩種方法,多台風機並聯後連接到一個換流器再並網,或者采用帶分散風機控製直接並網。後者每台風機有自己的換流器,可靠性大幅提高,不會因單一換流器故障導致全部風機不能輸送電能到電網,同時傳輸容量提高,可以分別控製單台風機工作在理想狀態。隨著海上風力發電量的不斷增加,海上風電並網將麵臨新的技術問題,一是海上風電的輸送,二是風電場動態穩定性對電網的影響。提高風電的可控性是今後發展的方向,除了風電機組的控製技術,還應注重研究風電的短期氣象預報和風電場的集中控製策略。在電網技術方麵,通過技術和管理措施,盡可能地保持風電機組與其他發電機組的同步。

海上風電技術經過近20年的發展已經得到了較大提高。但海上風能開發的主要問題在於成本過高和安裝運輸不便。隨著海上風電技術的成熟,海上風力發電的成本也將不斷下降。海上風電機組呈現大型化的發展趨勢,其中在淺海或近海區域,單樁基礎是目前海上風電場應用最多的一種結構;浮式結構適用於深海區域,單風機漂浮平台是目前研究的重點。海上風電場逐漸發展為大中型風電場,機組的排列及風電場控製得到了進一步優化。

海上風能資源是一種清潔的永續能源,在各國政策的積極支持下,海上風電技術的提高和風電開發成本的下降促使海上風電規模化發展,海上風能將得到更深入、更大範圍的開發和利用。

3、海上風電機組

由於海上風機的安裝、運行、維護較陸地困難且成本高,增大單機發電功率、減小單機數量,推動風機向更大方向發展。海上風電機組呈現大型化的趨勢,多選用高葉尖速設計參數,以減輕塔頂機艙和葉片的重量,節約材料,降低成本。大型風機的發展需要新材料、新工藝、新概念技術支撐,碳纖維塑料因其較強剛度、質輕、使用壽命長等優點而在葉片製造中廣泛應用。

為了承受海上的強風載荷、海上腐蝕和波浪衝擊等,海上風電機組的基礎結構複雜、技術難度高、建設成本高。海上風電機組基礎由塔架和海底地基組成,按結構類型可分為單樁結構、重力式、桶形結構和懸浮式。其中單樁結構具有結構簡單和安裝方便,是目前海上風電場應用最多的一種結構。對於變動的海床,由於單樁打入海底較深,該基礎形式有較大優勢。桶形基礎是一種新型的海洋工程基礎結構形式,由於它的材料和安裝成本低於單樁基礎而受到海上風力發電行業的青睞,大大地節省了鋼材用量和海上施工時間,運輸也較容易,有良好的應用前景。浮式結構是海上風電機組基礎結構的深水結構形式,可以克服海床底部安裝基礎結構受水深限製的缺點,主要用於50 m以上水深海域。浮式結構分為多風機漂浮平台和單風機漂浮平台,前者多風機共用一個錨定係統,有利於整體的質量優化,但因穩定性不容易滿足和所耗費的成本過高而不予考慮;後者具有結構簡單、成本低、單體設計加工方便等優點。國外相關研究表明,側重於采用單風機漂浮平台,研究的重點是降低錨定係統成本。

 
 
 
 
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