中国近海海洋风能资源开发利用现状与前景分析

赵世明，姜 波，徐辉奋，李守宏，丁 杰

（国家海洋技术中心，天津 300112）

中国近海海洋风能资源开发利用现状与前景分析

赵世明，姜 波，徐辉奋，李守宏，丁 杰

（国家海洋技术中心，天津 300112）

海洋风能是一种非常具有开发和利用价值的可再生能源，目前我国在这方面的基础研究和资源评估工作尚处于起步阶段，开发利用尤其如此。在综合相关资料的基础上，总结了世界海洋风电发展历史及现状，提出了我国发展海洋风电的优势条件，并展望了海洋风力发电的前景。海洋风电的发展，对解决我国沿海地区的能源短缺，经济可持续发展，环境保护等都具有特别重要的意义。

海洋风能；开发利用；环境保护；可持续发展

引言

太阳辐射导致地球表面受热不均，引起大气层压力分布不均，从而使空气沿水平方向运动，空气流动所形成的动能称为风能[1]。风能是太阳能的一种转化形式，是一种清洁的可再生能源，它取之不尽，用之不竭。风能的利用已有数千年的历史，目前风能的开发利用主要集中在风力发电、风帆助航、风力提水和风力制热[2-4]等方面。受化石能源日趋枯竭和减排温室气体和提高可再生能源比例的驱动，自20世纪80年代末以来，世界主要发达国家和一些发展中国家都重视海上风能的开发利用。

风能开发利用的成本比太阳能开发利用的成本要低。研究表明[5]：风力发电的成本为 4～8美分/（kW·h），而太阳能光伏发电和太阳能热力发电的成本分别是50～100美分/（kW·h）和12～30美分/（kW·h）。与煤电相比，风力发电将减少CO2820～910 t/（GW·h）。目前，风力发电成本已经降到了20世纪80年代的1/6，并且继续下降[6]。

陆地表面不平，有高有低，对风力、风向等有很大影响，甚至引起湍流，海面上由于粗糙度低，相比陆地湍流小，剪切力小，大气稳定，所以海上风速大且相对稳定。同容量装机，海上比陆地成本增加60%，电量却增加50%以上，比较平衡[7]。海上发电是近年来国际风电产业发展的新领域、新潮流，是大方向。

1 国内外海上风能开发历史和现状

海上风电开发利用经历了两个发展阶段：2000年以前一些小型的示范性项目在浅海建造；2000年以后，一些较大型项目的建造，这些项目仍具有一定的示范效果，但是已经具有越来越大的实际经济价值。近20多年来，海洋风力发电的发展十分迅速，单机发电能力由35 000 kW·h增长到17 000 000 kW·h提高了近500倍（见图1～图 2），海上风电场逐步商业化（见表1）。

欧洲一直占据着风力发电的领先地位，无论在陆上风电还是在海上风电均有较大的优势。截止2009年底，欧洲累计建成38个海上风电场，累计装机容量超过2 000 MW，占世界海上风电装机容量的90%左右。其中，英国和丹麦是海上风电发展最快的国家，分别占据了世界市场份额的44%和30%。

图1 世界海上风电装机容量

丹麦、瑞典、荷兰、英国等欧洲国家在海上风力发电方面起步早，发展快，不论在技术还是政策支持方面等均处于国际领先水平。1990年瑞典架设了第一座海上风电机，标志着人类拉开了海上风能开发利用的序幕，这台具有实验性质的风机功率为220 kW，于1998年停运。2002年丹麦北海沿海完成了世界第一个真正意义上的大规模海上风电场—Horns Rev海上风电场，标志着海上风能开发技术逐渐走向成熟，大规模的商业化开发海上风能时代的到来，该电场离岸14～20 km（至 Bla˙vands Huk 的距离将近 14 km），水深 6.5～13.5 m，当地风速9.7 m/s，共安装了80台单机容量2 MW的Vestas型风机，总装机容量为160 MW，可以为15万丹麦家庭提供充足的电力。2010年4月德国首座海上风电场“Alpha Venus”正式并网发电，该风电场装机容量60 MW，共安装了12台先进的5 MW海洋型风机，建设海域水深30 m，距离最近的岛屿Borkum 42 km，是世界上第一个大功率深水风电场，可供5万家庭用电需求。

图2 海上风机单机发展史

中国海洋石油总公司2007年11月6日，在渤海绥中油田建设完成的国内第一座海上风力发电站正式投产 （见图3），标志着我国开始了海上风能的利用，同年11月8日实现了风力发电站的满功率运行，最大功率输出为1 511 kW，离岸距离约60 km，渤海海上风电示范项目实现了机舱、塔架、风扇叶一次安装成功，开创了中国由陆地风能转向海上风能开发的先例。

表1 欧洲主要海上风电场

2010年上海东海大桥102 MW海上风电场示范项目整体安装成功(见图 4)，风电场位于上海南汇区近海海域，上海东海大桥东侧1～4 km，北距南汇岸线8 km，南距南汇岸线13 km，95 m高年平均风速可达8.6 m/s。采用华锐风电科技有限公司自主生产、具有国际先进水平的34台单机功率3 MW风力机组，可供20万户居民使用。上海东海大桥风电场，是中国首座海上风电场，也是全球除欧洲外第一个海上风电并网项目。

图3中国第一座海上风电站

图4 上海东海大桥项目

2 风能开发利用优势

2.1 我国政府的鼓励政策和法规

随着中国经济结构的战略性调整，能源问题日益突出。中国政府对风能的开发利用愈加重视。自2005年以来相继出台了 《中华人民共和国可再生能源法》、《中华人民共和国节能法》、《可再生能源发电有关管理规定》、《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》、《可再生能源中长期发展规划》和《能源产业结构调整指导目录》等多项扶持风电的政策和法规，使我国风电得到了快速发展。

2.2 我国海洋风能资源储量丰富

中国近海地处亚洲大陆和太平洋之间，由海陆热力差异产生的气压梯度和气温梯度的季节变化，比其他地区或海域都要显著。另外，冬季高空的西风助长了气团由大陆流向海洋的势力，夏季华南的高空东风与我国东部沿海活跃的副热带高压，也助长了海洋气团进入大陆的势力。因此，中国近海及其邻近海域，是季风最发达的地区。季风不仅盛行，而且范围大、势力强[8]。

据中国气象科学研究院估算，我国在10 m低空范围的风能资源约为10亿kW，其中，陆上约为2.53亿 kW，海上储量约为7.5亿 kW[7,9]，如果扩展到50～60 m以上高空，风电资源将至少再扩展1倍，可望达到20～25亿 kW[9]。

据国家海洋局组织的908专项“我国近海海洋能调查与研究”项目对海洋风能的初步估算结果表明，我国近海（不包括台湾省）50 m等深线以浅海域10 m高度风能储量约为9.4亿 kW（详见图 5）。

图5 各省（市、区）近海海洋风能资源

海上风速较陆地大且日变化小，适合采用单机容量较大的风机，同时海上风能资源有效利用小时数高，可充分利用风电机组的发电容量。

2.3 能源需求量大，开发利用区域适宜

目前我国已成为全球第二大能源生产国和消费国，随着经济规模的进一步扩大，能源需求还会持续较快增加。中国科学院的研究报告预测了中国2020年能源需求。结果表明，2020年中国能源需求量将达到28.88～38.80亿t标准煤，届时原煤缺口约为3.21～11.74亿t，石油和天然气均有巨大缺口，能源是我国目前和今后相当长一个时期内制约经济社会发展的瓶颈。

我国海洋风能资源丰富，但其分布具有地域性和季节性变化。我国陆地海岸线长达18 000 km，沿海地区多为经济发达地区，用电需求量大。从已建成工程可见，沿海陆上风电场存在严重的用地矛盾、噪声污染等问题，且优良场址已迅速规划并开发，风电的开发正向海上转移，即通常所说的建设海上风电场。海上风电场的建设不仅可以缓解沿海地区土地紧缺问题，而且距离沿海城市近，而城市正是电力负荷中心，电能供需方接近，可以减少输电损耗。我国北方大部分海域属于陆架海，水深较浅，发展海洋风电成本较低。从季节变化来讲（见图 6），冬半年风大，降雨量少，夏半年风小，降水量大，所以海洋风能与水电的枯水期和丰水期有较好的互补性。

2.4 风机制造关键材料（稀土元素钕）储量丰富

目前，我国的稀土资源约占世界已探明储量的50%，具有丰富的稀土资源优势。近年来，以风电为标志的新型节能环保新能源在国内外快速发展，推动了钕铁硼永磁市场增大。现在1台1.5 MW直驱永磁风力发电机总共需要钕铁硼永磁材料1.2 t，1台1.65MW半直驱永磁风力发电机总共需要钕铁硼永磁0.5 t。2010年我国的钕铁硼永磁体总量达到70 000 t，占全球产量的75%。

图6 我国近海风能资源季节分布

3 开发利用影响分析

3.1 促进沿海地区经济可持续发展

截至2009年底，我国发电装机容量为3.60万亿kW，其中火电、水电、核电和风电分别为2.99，0.51，0.07和 0.02万亿kW，占比为83%，14%，1.9%和0.7%。电源结构仍以火电为主，风电等可再生能源所占比重较少。

2005年初，瑞士达沃斯世界经济论坛公布的“环境可持续指数”评价，在全球144个国家和地区排序中，我国位居133位，主要污染物排放量不断增加，导致生态和环境恶化。“十一五”规划实施以来，全国上下加强了节能减排工作，中国已经吹响了低碳经济时代的号角，开发利用可再生能源，已成为我国实施可持续发展能源战略的重要内容。能源供应和环境保护是我国沿海地区社会经济持续快速发展的基本条件，我国能源资源总量排世界第7位，但地区分布不均，沿海11个省（市、自治区）能源资源占全国比例不足20%，却消费了超过全国50%的能量，能源瓶颈已经成为制约沿海地区持续快速发展的重要问题。海洋风能的合理开发和利用可以有效缓解目前能源匮乏、优化能源结构、提高能源效率，保障我国沿海地区社会、经济可持续发展。

3.2 促进旅游、环保等产业的健康发展

中国沿海地区大部分地区风光优美，环境优越，集山海风光、文化古迹于一体，有许多著名的旅游城市如大连、秦皇岛、烟台、青岛、上海等。海上风电场不仅不会破坏海洋的自然风景，反而能相互补充，互为增色，许多城市都有高空旅游，所以风电场的建设在满足技术要求的前提下可以与旅游产业有机的结合起来，形成产业带动效应。为此，可以将风电机组按照一定的规律和形状进行布置，如方阵行、圆形、弧形，甚至是心形。风电场的大规模建设必将拉动旅游产业的发展[11]。如丹麦大型海上风电场，在征求住民意见后，将80台风机排列成按20台为一弧形配置。上海东海大桥风电场34台风机塔在大桥东侧形成一道亮丽风景(见图 4)。从环境保护的角度讲，常规化石能源消耗带来的环境问题日益严重：石油燃烧产生温室气体；燃煤发电不仅产生温室气体，而且产生大量的粉尘、灰渣。因此，清洁的可再生能源—海洋风能的开发利用已成为当务之急。

3.3 发展海洋风电可以维护我国海洋权益

根据《联合国海洋公约》规定，理应归我国管辖的海域面积为300万km2，由于我国近代历史上受到外敌入侵和半殖民统治，除北部湾以外，我国与海上邻国的海洋边界无一划定，部分岛礁被外国非法占领。对于争议海域的开发，我国提出了“搁置争议，共同开发”的原则。

3.4 发展海洋风能的不利因素

海洋风电虽然是无污染的清洁能源，但也会对环境造成一定的负面影响。如，风力发电机运行过程中叶片切割空气和机组运转都产生噪音；随着发电机叶片的增大，其旋翼区面积也大大增加，将对鸟类迁移产生影响；风力叶片在太阳光下旋转时产生明暗交替的光影对周边居民和动物产生心理影响；风力机组运行时发电机、输电线路、变电所都会产生电磁辐射等[9]。对于大型海上风电场还需考虑对水流、泥沙和海洋生物的影响。

4 海上风力发电的发展前景

海上风电的总装机容量在未来几年将迅速发展。欧洲风能协会（EW EA）预计2020年全球海上风电机组装机容量为50 GW。中国预计到2020年海上装机总量为10 GW，其中江苏省和浙江省是我国发展海上风电的重点省份，分别为7 GW和2.7 GW。表2为我国正在筹建中的海上风电场。

表2 我国正在筹建的海上风电场

5 结束语

地球上的煤、石油、天然气等积蓄了亿万年的化石能源，经过数百年的巨大消耗将不可逆转地趋向枯竭。因此，采用新的可再生能源来逐步取代化石能源已成为全球各国的广泛共识。风能因其资源丰富、开发技术成熟、清洁、无污染等优势成为新能源开发的重点，海洋风能的合理开发和利用可以有效缓解目前能源匮乏及燃料资源给环境带来的污染问题。

总之，海上丰富的风能资源和风电技术的不断进步，特别是近年来我国政府对海洋可再生能源的开发利用给予了极高的期望和积极的政策引导，势必加速推动海洋可再生能源开发利用的研究，海洋风能资源相对于其他的海洋可再生能源，是最有可能成为中国主导能源结构的一种海洋替代能源，可望在不远的将来快速形成规模化开发的局面。

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Exploration and Application of Ocean Wind Energy Resources in Coastal Sea of China

ZHAO Shi-ming,JIANG Bo,XU Hui-fen,LI Shou-hong,DING Jie
（National Ocean Technology Center,Tianjin 300112,China）

The ocean wind energy is a renewable energy with great value in its exploitation.Now its study and development in our country is still in the beginning,especially in its utilization.The history and the status of world ocean wind power were summarized.Finally the prospect of ocean wind energy development was discussed.The development of ocean wind energy is very significant for the solving of the shortage of energy and sustainable development of economy and environment in the future of the coastal area in our country.

ocean wind energy;development and utilization;environmental protection;sustainable development

P743，TK89

C

1003-2029（2010）04-0117-05

2010-08-18

我国近海海洋综合调查与评价专项（908-02-05-01，908-01-NY）

赵世明（1956－），男，正研级高工，海洋科技专业，现主要从事海洋可再生能源评价研究。

qdjiangbo@163.com