石化企业海边建设风电场调研探析

侯培民 唐述潮 吴敏青 王 缨

(中国石化上海石油化工股份有限公司， 200540)

产业发展战略及政策研究

石化企业海边建设风电场调研探析

侯培民 唐述潮 吴敏青 王 缨

(中国石化上海石油化工股份有限公司， 200540)

处于沿海地域并拥有自发电装置的大型石化企业具有建设风电场的独特优势。文章研究了政府政策优势和国家发展建设风电场绿色能源的规划，调研了风电场建设方面自身条件，进行了选址、规模、环境和成本等因素的分析，为石化企业建设海边风电场前期工作进行了探索。

石化企业 调研 绿色能源 风电场

风能作为一种可再生的绿色能源，凭借其巨大的商业潜力和环保效益，在全球的新能源和再生能源的行业中得到了快速发展［1－2］。风力发电与火力、水力和核力等其他发电方式相比有诸多优点，一台单机容量为1 MW的风机与同容量火电装机相比，每年可减少CO2排放1 kt，减少SO2排放 10 t，减少 NO2排放 6 t。

中国石化上海石油化工股份有限公司(简称上海石化)是一家紧邻海边的特大型石油化工企业，有自发电机组。随着“绿色”发电的兴起，中国在风力发电上发展势头迅猛，上海石化结合企业的区域环境和现状，利用海边地域环境开发风力发电，提出了建立风电场的设想与建议。

根据对周边地区的实地调研和上海石化的建设风电场的条件，着重对电力运行的内外现状进行了解，从所处的地理位置进行选址，对风电场可能达到的规模进行了研究，以形成基本可行的方案轮廓。

1 风能资源量分布

1.1 中国风能资源量

中国海岸线长，风能资源丰富。据中国气象科学研究院相关资料报道:全国风能密度平均为100 W/m2，全国陆地10 m高度层风能资源总储量约为3 226 GW，实际可供开发的有253 GW。主要集中在两个带状地区:一条是“三北(东北、华北、西北)地区丰富带”，其风能功率密度在200～300 W/m2以上，有些区域可达500 W/m2以上，这些地区每年可利用风能的小时数在5 000～7 000 h;另一条是“东南沿海及其岛屿丰富带”，这些地区每年可利用风能的小时数在7 000～8 000 h，年有效风能功率密度在200 W/m2以上。中国东部的浅海海域面积辽阔，风能资源更为丰富，约为陆上风能资源的3倍，如果将海上风能估算在内，可供开发的风能资源达1 000 GW以上。我国风能资源较丰富省份的风能储量见表1。

表1 风能资源比较丰富的省份 GW

表1中14个省份风能资源共有158.58 GW，占全国总量(253 GW)的62.68%。

为反映各地风能资源的差异，国家气象局选用能反映出风能资源多寡的指标，即风能密度和风速超过3 m/s的年小时数，将全国风能资源划分为四大区(见表2)。

表2 全国风能资源标准区划分

1.2 上海风能资源量

上海临江又靠海，属中纬度地区，位于东亚季风盛行区，频受冬、夏季风和南、北季风影响，风力资源较为丰富。根据上海市气象部门统计，上海郊区城镇地区气象站平均风速在3.6～4.0 m/s;在水陆交界处的沿海滩涂地区，空旷平坦的陆面10 m高空平均风速为4.5～5.5 m/s，上海沿海地区50 m高处年平均风速可达6.7 m/s。根据近几年来在上海沿海的测风结果，年有效风速累计时间达7 300 h以上;在距岸25 km的外海地区，10 m高空平均风速为7.0～7.1 m/s，海面风速远大于陆面风速。据上海气象志的记载，上海的风能储量或风能资源一般根据风能密度和大于风机启动风速(通常为≥3.4 m/s)的全年累积小时数等进行估算，大致情况见表3。

表3 上海各区域风能储量

根据表3，上海市风能资源的分布有如下特点:上海市区最小，崇明岛东端最大，崇明岛的中西部及沿江沿海为高值区;上海中西部为低值区。

上海的有效平均风能密度的年变化曲线呈双峰型，以8月份为最高(94.5 W/m2)，6月份为最低(61.9 W/m2)。另一个次高值出现在2月份，次低值出现在1月份。有效平均风能密度在清晨和傍晚均为低值，白天为高值，与温度的日变化规律相一致。白天高值的持续时间与昼长有关，夏季最长，春秋两季居次，冬季最短。其有效风力累积小时数的日变化趋势与之相类似。

上海的有效平均风能密度在74～127 W/m2之间，平均启动风速超过3.4 m/s的累积小时数为3 100～4 300 h，平均启动风速超过5.5 m/s的累积小时数为590～1 800 h，属风能资源可利用区。

2 有关风电产业政策及规划

为了促进可再生能源的开发利用，增加能源供应，改善能源结构，保障能源安全，实现经济的可持续发展，第十届人大常委会第十四次会议于2005年2月28日通过了《中华人民共和国可再生能源法》，自2006年1月1日起施行，旨在建立利用可持续能源的法律框架。

2.1 国家对风电产业的相关政策

对风能资源的开发，国家采用纳入规划、特许权招标或委托制。任何地方对本地的风能资源开发利用，必须纳入当地发改委规划;50 MW以上需报国家发改委审批或核准。对于风电产业建设成本高于同规模火电、水电及风电量不确定性的的特征，国家为扶持风电产业的发展制定了如下政策:

(1)《可再生能源法》激励政策。明确发展目标，即实行可再生能源配额制，明确电网、电源企业的责任和义务;并网就近，即收购全部发电量，国家批准的风电场工程项目其送出工程由电网负责;税收优惠，即增值税和所得税将进一步优惠;固定电价，即保护投资者收益，电价由政府定价或项目招标确定。

(2)国务院电价改革方案。方案明确指出风电不参与市场竞争，电量由电网企业按政府定价或招标价格优先购买。电力市场成熟时，由政府规定供电企业售电量中新能源和可再生能源电量的比例，建立专门的竞争性新能源和可再生能源市场。

(3)税收优惠。增值税减半征收，由此，我国风电电价平均降0.05～0.06元/(kW·h)，新建风电场电价有望降至0.50元/(kW·h)以下;进口关税设备暂按5%征收，零部件按1%征收;征地按照实际占用面积计征，即点征。这些将会对我国风力发电产业化发展产生推动作用。

2.2 国家与上海市风力发电远景目标

国家发展和改革委员会规划的风电发展目标是:2010年累计装机容量达到4 GW，2015年达到10 GW，2020年达到20 GW，那时约占全国电力总装机容量的2%。上述数据表明:国内的风电产业将有一个快速的增长阶段［3］。

为科学、合理、有序、充分地利用上海市风能资源，扩大上海市风力发电规模，改善电源结构，缓解电力紧张的矛盾，并与上海市的城市发展相适应，上海市发展和改革委员会与上海市电力公司于2006年组织编制了《上海市风力发电“十一五”规划和2020年远景目标》，并将规划列入上海市城市发展总体规划［4］。

根据上海地区风能资源分布特点，结合上海市城市发展规划，在具有经济开发价值或良好开发价值的沿岸岸线、滩涂和近海的海上区域进行风电开发。“十一五”期间，新增风电场装机容量310 MW，全市风力发电总装机容量将达到334.4 MW。至2020年，全市风力发电总装机容量将超过1 GW。

3 上海石化建设风电场的调研

3.1 上海石化电网概况

上海石化2003年起用电负荷达到502 MW，其中生产负荷390 MW，生活区和代上海市电力公司转供浙江平湖负荷110 MW。上海石化电网中生产用电负荷非常平稳，只在季节转换时有所变化，昼夜波动很小。生活区和平湖负荷有明显季节性特点，空调负荷占高峰负荷60%以上，灯峰(照明)负荷为谷负荷的一倍。为缓解供用电矛盾，上海石化自2004年起每逢夏季安排部分生产装置停车检修，使最大总用电负荷不突破500 MW。

上海石化热电事业部热电二站建有6台(0#～5#)汽轮发电机组，总装机容量325 MW(热电一站于2007年9月15日停止发电)，2008年初6#机组(100 MW)建成并网发电，总装机容量增加到425 MW。规划中结合六期工程改造等项目，热电事业部还将扩建300 MW机组，使总装机容量提高到725 MW。上述发电机组的燃料是煤粉和煤/石油焦混合燃料，机组运行平稳，年运行时间达7 500 h左右。

“十一五”期间，上海石化五期工程增加用电负荷84 MW，到“十一五”末，上海石化电网总负荷为584 MW。规划中六期工程及配套项目全部投产后，上海石化最大用电负荷约为810 MW。

3.2 电能质量要求

石化企业对电能质量要求较高，主要体现在供电连续性上。当电源发生短路时，电压急剧下降，用电设备不能正常工作。变电站如果装设备自投装置，此时用电设备将被自动切换到备用电源，整个过程最快可以在0.12 s内完成。一般的用电设备在电源切换过程中不会受到大的影响。由于停电造成关键机泵跳闸，生产装置进入停车程序，备自投成功电压恢复正常也不能使停车程序逆转，化工物料被自动排放到火炬燃烧，经济损失巨大。

虽然石化行业对电压波动幅度的要求没有供电行业高，但电压波动也会对生产造成不利影响。供电行业要求将35 kV电压波动控制在±2%之内，超过±5%即视为不合格，而石化行业在大容量电动机启动时电压波动较大，不可能控制在±5%范围内，目前的控制标准是－7%～5%。高压电动机和较大容量的低压电动机一般设置了低电压保护，当电压低于70%时，电动机会跳闸。低压系统的交流接触器释放电压值在85%左右，部分低压电动机跳闸也会引起生产装置停车。

3.3 风电场选址

上海石化海岸东起上海市金山区的卫二路，西止与浙江省交界的金卫镇裴家弄，直线长度约5.875 km。除去西边煤码头、化工码头等占用海岸外，净临海岸长度约4.0 km。海堤内侧护坡堤脚至随塘河路20 m为护堤地，外侧100 m内为保滩顺坝形成的滩地。海堤前沿海域横卧着“金山深槽”，南北宽2 000 m，最深处标高达－50 m，离海堤最近处约500～800 m。目前“金山深槽”仍处于发展阶段，一旦动力条件有变化，海岸已有的动态平衡被破坏，“金山深槽”、海岸环境将发生相应变化。

根据调研，宜将风电场建在海堤的内外，这样投资最为合理，接受的风能最为有效。风电场北起随塘河路南岸，南至丁顺坝外20 m滩地(二线海堤南坡脚)范围内的堤身(包括堤顶、棱体平台、内外坡)、堤顶道路、护堤地、丁顺坝等护岸保滩促淤工程及其以外滩地等，其中护堤地和丁顺坝可列入风电场选址范围。

目前的主流风电机机舱高度为65～100 m，这个高度决定了风电机首选设在地面粗糙度小的护堤地上。如果今后能够将机舱高度提升30 m，上海石化可以沿随塘河路以及沪杭公路各建一排风电机。据此，如果全部采用目前刚步入商业应用的最大机型(5 MW风电机)，上海石化风电装机最大容量将达30 MW。

3.4 上海石化电网容纳风电的能力

上海石化电网中发电能力低于用电负荷，热电事业部的发电机组通常处于最大出力工况，基本没有调节风电场发电出力波动的能力，调节任务由上海电网承担［5］。上海石化10 MW风电上网，在技术层面上没有问题，只是电力公司将会与上海石化商讨为风电提供备用容量的费用。

继续向海面深入，跨越金山深槽建立风电场，受航道影响和海事管理制约加大，可能超越上海石化自身建设海边风电场的能力，因此不在此次研究范围之内。

4 上海石化海边建设风电场的探析

上海石化地处杭州湾，所在地为上海市金山区。上海石化有一段5.875 km的海堤由公司负责管理，东南沿海的风带资源可充分利用，而且邻近的奉贤区、浦东新区已有建设风电场的先例，因此通过实地调研、专家咨询、查阅资料等方式，对上海石化建风电场进行了多方面的了解，进行了环境影响、经济效益等分析探索。

4.1 风能资源

根据上海市气象志中上海风能储量指标值统计表，无论是从有效平均风能密度，还是风速和有效风力出现时数百分率等反映风能资源的数值来看，金山区与浦东新区、奉贤区基本相似，同处于金山区海边的上海石化与已经上网发电7年的位于浦东新区、奉贤海湾风电场相比，根据风力等值线与海岸线平行的推论，上海石化海边具备风力发电的风能资源。

从上海石化海堤工程建设公司水文站从1981年以来统计的资料来看，海岸测风点平均风速4.0 m/s(按基准高度10 m)，10分钟平均最大风速26 m/s(东南偏东，2005年8月6日测)。以平均风速推算，平均风压为215 Pa(按基准高度10 m)。

4.2 风向对风机排列的影响

风向及其变化范围决定了风力发电机组在风电场的排列方式，从而决定风电场的发电效率。风电场应具有较稳定的盛行风向，风向稳定不仅可以增大风能利用率，而且可以提高风力发电机的寿命。根据对奉贤海湾风电场调查的结果，沿海岸线一字形排列的3台风力发电机的输出功率相近;而距海岸线近100 m内陆的另一台同类型同高度的风力发电机输出功率却减少30%～70%，这也验证了风力等值线与海岸线平行的结论。

4.3 地面粗糙度对风速的影响

一般来说，对场址平坦、地形简单的风电场，规划装机容量按5 MW/km2计算。以离海岸500 m内范围计，上海石化海边风电场场址范围面积约为2 km2。

该区域主导风向面朝海域，滩地开阔平坦，海面无屏障，影响风速稳定的地面粗糙度小;海堤内陆为公司厂区，林立着塔罐和建筑物，由占全年发生频率45%的风向面，影响风速稳定性地面粗糙度大。当风吹过其粗糙的表面或绕过建筑物时，风速的大小和方向会发生快速变化，形成湍流。湍流不仅会减少风力发电机的功率输出，而且会使整个风力发电机发生机械振动。当湍流严重时，机械振动能导致风力发电机破坏。因此在设立风力发电机组时，应与粗糙的地表面及高大的建筑障碍物保持一定距离，或提高风力发电机的高度，以减小湍流强度的影响。

4.4 风电场对“金山深槽”的影响

若单机按多排列方式规划风电场，则可能会对“金山深槽”产生影响。

金山深槽位于大、小金山岛东西两侧，上海石化前沿海域。深槽总长约12 km，平均宽度近2 km，为一个由涨潮流为主冲刷而成的深度大于15 m的冲刷槽。冲刷槽底部还存在数个相连的深度大于40 m的圆形冲刷潭。其西潭与东潭距上海石化海堤最近处500～800 m，冲刷潭北岸深线坡度陡峭。根据力学知识，风力发电机将一部分风能转化为电能之外，其余能量通过机组塔杆传递至基础承力层，并随距离增长扩散而减弱。绵绵不断的转化风能注入到仍处于发展阶段“金山深槽”动力场内，是否会引起动力条件发生变化，破坏海岸已有的动态平衡，继而引起滑坡等，尚需做进一步的研究，以确保风力发电机组在安全距离之内，而不致于引起金山深槽、海岸环境发生变化。

4.5 风电项目的单位建设成本

从我国目前风电场的造价看，其总趋势在不断下降之中。例如，20世纪90年代中期，我国风电场的单位千瓦造价超过1万元，到了21世纪初，新建风电场单位千瓦投资一般在8 000元左右。但与煤电的单位千瓦5 000元(不含脱硫环保装置)左右的投资相比，仍高出了60%。

按统计资料，风电机组加上配套设备和接入系统费用，整机进口机组单位千瓦投资额约1万元，国产机组约8 000元。

上海石化热电事业部热电二站扩建两组100 MW(7#、8#机组，循环流化床锅炉，产汽和脱硫同步完成)机组，可研估算17亿余元。以此衡量，上海石化常规发电方式的单位千瓦投资约8 600元，国产机组风电投资与燃煤/石油焦电厂相当。

值得注意的是，燃煤/石油焦电厂年利用小时可达到7 000 h以上，而上海石化在海边建风电场，年利用小时数为2 000～2 100 h，年发电量只有前者的29%左右。燃煤/石油焦电厂设备寿命周期30年，国产风电15～20年。因此，煤/焦电折旧分摊是0.041元/kW·h，国产风电是0.20～0.267元/kW·h，为煤/焦电的4.9 ～6.5倍。风电工艺流程短，设备高度集成，自动化程度高，修理费和人工成本很低，不消耗燃料，因此变动成本很低。修理费按固定资产的1%计提，人工费按年发电50 MW·h的风电场20万元/年计提，风电全成本为0.206～0.273元/kW·h。热电二站当前的发电全成本是0.28元/kW·h。按统计资料匡算的风电全成本与热电二站当前发电全成本相当，但是上海石化建风电场的环境和电网条件不同，实际投资会增加很多。

5 结论

上海石化利用得天独厚的海边条件建立风电场，在中国石化范围内开辟绿电资源意义重大。要确立建设的方案还需作大量深入的研究，其中包括地理环境、技术要素、政策导向、经济的可行性等。

(1)上海石化在海边设立风电场可行。上海石化海边位于我国两大风能带之一的东南沿海地带，结合历史风能资料，借鉴浦东新区、奉贤区海边已建立风电场的经验，根据风力等值线与海岸线平行的测风结果推论，上海石化海边具备风力发电的风能资源。但风电项目的进一步研究还需要采集风力资源数据。通常要求建立高度与风机叶轮中心高相同的测风塔，连续2～3年检测并记录风力、风向数据，在此基础上选择风机类型才能取得预期发电效果。

(2)上海石化自身拥有火力发电工厂，所以风电场的并网发电不受外网的牵制，一旦项目明确可在短期内建设上马，只是在电网运行和经济性上必须与政府和国家电网联动。由于上海石化处在发电能力小于供电能力时期，风电受季节影响较大，要有稳定的供电系统支撑。目前投资风电成本较高，政府的优惠政策需得到明确和落实。

(3)可利用风电规模较小。上海石化海边可容纳的风电能力有限，离海边越远，风能的衰减度越大，而地面粗糙度的影响更大。按目前能够建立的风电场的区域测算，风电场最大规模为30 MW。

［1］ 汪恕诚.中国风电发展的战略思考［J］.水力发电，1995(11):1－3.

［2］ 张铬心.瞩目中国风电产业发展［J］.创新科技，2009(8):48－49.

［3］ 邱罡.风电助推新能源产业［J］.中国中小企业，2009(7):42－44.

［4］ 黄黎黎，安映萱.基于低碳经济的我国风电产业发展思考［J］.科技广场，2010(2):13－16

［5］ 胡志鹏.大规模风电的并网瓶颈及其对策［J］.电气制造，2011(7):72－74.

Survey and Analysis on Establishing Wind Farm at the Seashore of Petrochemical Enterprises

Hou Peimin，Tang Shuchao，Wu Minqing，Wang Ying
(SINOPEC Shanghai Petrochemical Co.，Ltd.200540)

Large scale petrochemical enterprises located in seashore area and have own power station have particular superiority for establishing wind farm.This paper studied the superiorities in government’s policy and the state’s programming on developing wind farm green energy resource，surveyed the conditions required for the enterprises，and analyzed the factors as address selection，scale，environment and cost，aiming to provide basis for the petrochemical enterprises’preparation work of establishing seashore wind farm.

petrochemical enterprise，survey，green energy resource，wind farm

1674－1099 (2011)05－0001－06

TK89

A

2011-09-29。

侯培民，男，1957年出生，教授级高级工程师，长期从事石油化工技术的开发、经济咨询和管理。