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我国海上风电机组发展现状及趋势
机经网研究部 习芸  2011/11/4

 

随着全球节能减排的深入展开,各国对新能源开发利用的步伐也不断加快。风电建设,尤其是海上风电,已成为全球的焦点,各国对海上风机的制造热情也与日俱增。

海上风机不同于陆上风机,它是在现有陆地风机基础上针对海上风资源环境进行适应性海洋化发展起来的。为了承受海上的强风载荷、海水腐蚀和波浪冲击等,海上风电机组的基础远比陆上的结构复杂,技术难度大、建设成本高。 

海上风电机组基础由塔架和海底地基组成,按结构类型划分,目前在实践中已经应用的有单桩结构、重力结构和多桩结构,还有处于研发阶段的悬浮式结构。各种结构的优缺点有互补性,基础选型要综合考虑各项因素的影响,主要是水深、土壤和海床条件、环境载荷、建设方法、安装和成本几个方面。目前,世界上的海上风机多数采用重力混凝土和单桩钢结构基础设计方案。其中,应用最为广泛的单桩钢结构是通过钻孔将直径3~5m的钢管植入海床下15~30m深的位置。这种基础的优点是不要求修建海底地基,而且制造相对简单,但是安装相对困难且海水较深时柔性大。重力式一般为钢或混凝土结构,依靠基础的重力抵抗倾覆力矩。海床的清理准备工作对该结构很重要,由于对海浪的冲刷较敏感,只适用于水深较浅、不适合钻孔的场址,运输安装也比较困难,对环境的影响较大。多桩式基础结构曾用于试验机组,目前处于试运行阶段,还没有应用于商业化风电场。一般为三脚架结构,主要采用小直径管状钢结构,通过填塞或成型连接,适合较深的水域。缺点是船只难以接近,并增加了结冰的可能性。沉箱结构是靠重力将钢箱结构插入海床,抽出箱内海水以产生压力,以用于海上平台安装的锚泊固定,目前处于可行性研究阶段。漂浮式结构的好处是可选择的概念较多,成本与海底固定的方式接近,在建设和安装步骤上有较大的弹性,且容易移动或拆卸,并且在挪威取得成功,但目前还处于试验阶段。在海上风电设备安装上,被广泛应用的方案是起重式和锚泊系统,根据海水深度、起吊机的能力和驳船的载重量的不同,具体技术方案的选择有所不同。

截至2010年底,全球共有12个国家建立了海上风电场,其中10个位于欧洲,海上风电新增装机容量约1060MW,同比增长53%。累计总装机容量约3160MW,同比增长35%,占世界总装机容量的1.6%。欧洲的海上风电在全球一枝独秀,占世界海上风电总装机容量的90%左右。2010年欧洲新安装了308个海上风机,新增装机容量 883MW,累计总装机容量为2964MW。其中英国,丹麦分别占据欧洲海上风电市场的45%29%

2010年是中国海上风电的起步年,约占全球的5%。按照国家发改委能源研究所等机构的研究,中国近海10米水深以内的海域风能资源约1亿千瓦,20米水深以内的海域风能资源约3亿千瓦,30米水深以内的海域风能资源约4.9亿千瓦。我国海上风电资源丰富,开发和利用的潜力巨大。目前我国的开发,还处在刚刚起步阶段。

目前,江苏、上海、山东、浙江、福建和广东以及辽宁都在进行海上风电发展的规划或发展设想,规划比较完整的有江苏省、山东省、上海和广东等,但是由于缺乏海上风能资源评估分析的支持,这些规划还是处于估算的阶段,具体规划如下表:

1:各省海上风电规划装机容量

地区

累计规划容量(万KW

时间

2015

2020

上海

70

155

江苏

460

945

浙江

150

370

山东

300

700

福建

30

110

其他

500

1000

资料来源:全球风能理事会(GWEC)、中国机械工业联合会•机经网

随着各个地方政府海上风电的出台,国内众多企业纷纷争夺海上风电这块巨型的蛋糕。这些企业有:华锐、金风、上海电气、湘电、明阳、中船重工、联合动力等。

作为风电整机企业的领头羊,华锐风电是第一个获得我国海上风电示范项目——上海东海大桥项目的企业。2009320日,由华锐风电科技有限公司自主研发的我国第一台海上风电机组在上海东海大桥海上风电场,完成整体吊装。共343MW的风电机组,总装机容量为10.2KW,年上网电量2.5851亿kW.h。整个工程在201068日完成34台机组的安装和调试,201076日,全部风电机组完成并网发电,成为我国海上风电的里程碑。此风电场项目总投入为30亿元,可以满足上海约20万户普通家庭一年的用电量。

金风科技,联合动力、上海电气、明阳和湘电都在不同的地区进行了海上风电项目的实验。作为我国第二大风电整机企业的金风科技已于2007年在渤海湾中海油的钻井平台试水了海上风机的所有工序。20091118日金风科技投资30亿元在江苏大丰经济开发区建设海上风电产业基地项目,并计划将其建设成为国内最大、世界领先的海上风电装备制造基地。2010年生产2.5MW直驱永磁风电机组18台,共45MW3MW一台。

联合动力3MW的海上风电机组已于201010月份下线,并于20119月成功召开了6MW海上风机双馈异步风力发电机技术评审会,专家对联合动力6MW海上风机双馈异步风力发电机的设计方案报告给予了认可;湘电的5MW 永磁直驱海上风力发电组于201010月成功下线,成为国内自主研发的技术领先、容量最大的永磁直驱风力发电机。华仪电气和德国艾罗迪能源系统有限公司联合研发的3MW高速永磁风力发电机组首台样机已于2011725日再上海临港成功下线。中船重工(重庆)海装风电充分依托集团公司在海洋工程领域的基础研究和试验基地等优势,整合风电整机和配套设备的研发实力,形成全产业链。现已组织实施了2MW近海潮间带批量装机工程,正致力于研发近海5MW风电机组,国家科技部授牌成立了海上风力发电工程技术研发中心

发展海上风电将是大势所趋。但我国海上风电发展面临的严峻问题是:高成本,低电价。虽然海上风电资源丰富,但是作为海洋永久构筑物工程,海上风电场的建设要求比海上石油平台建设要求还要高。因为海上风机底座要求更加坚固,从而使得桩基工程投入更大,且需要铺设海底电缆来传输电能,加之建设、维护工作均需要专业船只和设备作业。因此,相对于约4.5亿元至5亿元的一个陆地风电场的建设成本,海上风电场的建设成本至少是陆地风电场的两三倍。海上风电合理的电价水平应该比陆上高50%到70%,合理电价应该是0.9元甚至1元以上。但在海上风电的竞标价中,中标价直逼陆上风电电价。高成本低电价的直接后果是企业亏损导致整个海上风电产业链的危机。

如不及时遏制这种不符合常理的低价竞标苗头,将有可能使海上风电机组制造商遭遇下游压价的影响,导致生产积极性和技术创新受挫。

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