——“長星風電”海上組合式漂浮風力發電專用技術的研發及應用
2011年3月日本福島核電站核泄漏所造成的輻射危機,極大地暴露了核電發展的弊端,使風能、太陽能等綠色可再生能源呈現出越來越大的資源優勢和發展潛力。在眾多可再生能源中,風能以其資源無盡,成本低廉,技術最成熟,最具規模開發條件和發展前景,成為當前最具商業開發價值的能源。據統計,全球風能可利用資源量為72萬億千瓦。即使只成功利用了其中的20%,依然相當于世界能源消費量的總和或電力需求的7倍。
作為中國風電產業發展的領軍企業,山東長星風電科技有限公司專業致力于風能利用技術的自主創新和研發。2010年,長星風電繼首創“高速同步無刷勵磁全功率變流風力發電技術”之后,憑借自身領先世界的技術實力和國際化視野,又率先在世界上發明了“海上組合式漂浮風力發電專用技術”,開啟了海上風電向深海發展的新的時代,成為引領世界海上風電產業發展的先鋒力量。
1. 風電產業的發展看海上
近幾年來,隨著陸地風能資源開發殆盡,土地資源日趨緊張,以及海上風電技術的日益成熟,風電產業向海上發展已成為必然趨勢。可以預見,在未來幾年甚至更長時間內,海上風電將成為世界風電產業發展的主要方向和制高點。
1.1 海上風能儲量豐富,但開發利用仍處于起步階段
在全球,海洋占了地球表面積的70%以上,在海上建設風電場不僅具有廣闊的空間,而且風力和風能密度大,有著巨大的發展潛力,但是一直以來,由于海上風電技術復雜,安裝、運行、維護成本高,開發利用程度很低,仍處于起步階段。截至2010年底,世界海上風電裝機容量累計實現 3117.6MW,僅占全球風電裝機總量的1.6%。
在中國,據中國氣象科學研究院初步探明,可開發和利用的風能總儲量約為10億千瓦,近海可開發和利用的風能儲量有7.5億千瓦,是陸地風能資源的三倍以上,水深30米以上風能資源更為豐富,而2010年中國海上風電累計裝機容量僅為106MW,開發利用率不足1%。豐富的儲量和尚未開發的狀況無不預示著海上風電巨大的發展潛力。
1.2與陸上風電相比,發展海上風電具有顯著優勢
風能資源更為豐富。海上風力資源豐富,比陸地風力發電量大。通常,離岸10km的海上風速要比沿岸陸上高出25%;
年利用小時長。陸上風電機組年平均利用小時數一般在2000-2300小時之間。但根據國外經驗,海上風電機組的年平均利用小時數一般在3000小時以上,有的高達4000小時左;
風能質量好,風機壽命較長。由于海上風力資源更為穩定,風速較陸上更高,風切變更小,湍流強度小,有穩定的主導方向,因此機組運行穩定、壽命長,不需要很高的塔架,單機能量產出較大;
易于大型化、規模化發展。由于海上風電機組距離海岸較遠,對噪音要求較低,同時受噪聲、景觀、鳥類、電磁干擾等問題限制較小,且運輸便利,因此更易于向大型化、規模化發展,在一定程度上降低單位發電成本;
海上風電不占用土地資源,不涉及土地征用等問題,且接近沿海用電負荷中心;
海上風能的開發利用不會造成大氣污染和產生任何有害物質,可減少溫室氣體排放,環保價值可觀。
1.3 各國政府的大力扶植
作為一個新興朝陽產業,海上風電的發展離不開政府的大力扶持。自2005年以來,海上風電發展提速,世界各國紛紛出臺風電配額、補貼、規定上網電價等優惠政策及發展規劃鼓勵海上風電的發展。
根據歐盟提出的海上風電發展規劃,到2020年海上風電裝機容量將達到4000萬千瓦、到2030年達到1.5億千瓦,2011年4月,美國提出,到2020年海上風電裝機將達1000萬千瓦,到2030年實現5400萬千瓦。2010年,中國國家能源局出臺《海上風電開發建設管理暫行辦法》并制定了海上風電發展規劃。國家計劃2020年前在江蘇南通、鹽城、上海、山東魯北等海域重點建設幾個百萬千瓦級大型風電基地,并初步形成江蘇和山東沿海千萬千瓦級風電基地。在其他海域,發揮經濟優勢和市場優勢,因海制宜,重點建設數十個10萬千瓦級的海上風電場。到2015年,我國海上風電累計裝機有望達到500萬千瓦;到2020年,海上風電累計裝機有望達到3000萬千瓦。
2. 海上風電的未來在深海
“風電產業的發展看海上,海上風電的未來在深海”。目前,在風電資源評估、裝備技術及勘探、施工綜合技術不斷進步的支撐下,海上風電正呈現出由近海向離岸幾十公里的深海方面發展的趨勢。
深海區域意味著更豐富的資源和更廣闊的發展空間。通常,深海區域的風力資源比近海區域更為豐富,據統計,美國海域在水深60~900m處的海上風力資源達到1533 GW,30~60m處的海上風力資源為541GW, 而近海0~30 m的水域只有430GW(見圖1)。根據中國國家發展和改革委員會能源研究所等機構的研究,中國近海10m、20m、30m水深以內的海域風能資源分別約為1 ×108 k W、3 ×108 k W和4.9 ×108 k W,如果按照美國海域的數值比例計算,中國深海60~900m處的海上風能資源將占約17.4 ×108 k W,這就意味著隨著水深和離岸距離的增加,風能儲量將成比例增長。此外,深海風電場不會對海岸景觀、航道和環境等造成不利影響,更有利于科學規劃。
2011年7月,中國國家能源局和國家海洋局聯合制定的《海上風電開發建設管理暫行辦法實施細則》明確提出,海上風電場原則上應在離岸距離不少于10公里、灘涂寬度超過10公里時海域水深不得少于10米的海域布局。隨著淺海域風力發電場日漸難以滿足風能產業發展的要求,海上風電向深海發展已成必然。
3. 海上風電發展現狀及趨勢
3.1 發展現狀
歐洲是世界上海上風電技術發展最早的地區,也是風電技術最成熟的地區。目前全球90%以上的海上風電裝機容量都分布在歐洲。近年來,在歐洲海上風電成功經驗的鼓勵下,近年來, 北美、 亞洲各國也加入到海上風電的開發行列中。2010年中國實現零的突破,建成第一個海上風電項目,同時美國也批準投建100萬千瓦海上風電項目。據全球風能理事會(GWEC)統計,2010年全球風電裝機容量累計達194.4吉瓦,占全球電力需求的2%,按照現在的發展速度,到2020年風能將滿足全球12%的電力需求,到2030年更可達到22%,而在當前陸上風電發展已經觸頂的情況下,海上風電將成為未來風電產業發展的主要增長點。
3.2 發展趨勢