我国海上风力发电的发展前景研究*

徐一波 ，鄢敉君 ，李 林

（江西师范高等专科学校，江西 鹰潭 335000）

1 研究背景

太阳辐射地球表面后，各地气温的变化不一致，使得空气里水蒸气含量不一，进而导致各地气压出现差距，于是水平方向上表现为高压侧的空气在压强差的作用下向着低压槽流动，形成了风[1]。

自古代起，人们就在尝试利用风力资源，如公元644年出现的风力机，并以此为基础制造了制油厂、锯木厂、造纸厂、风力提水机等。历史的车轮滚滚向前，近代，第一部风力发电机出现于1890年，由丹麦的物理学家拉库尔首创。从此，风力发电走进了人们的视野，世界各国逐步都开始了对风力发电的研究与使用。表1是20世纪初至60年代末各国对风电机组的研制情况。

表1 各国于1900—1970年研制的100 kW级及以上的风电机组

随着大型的水电机组以及火电机组的发展与使用，20世纪70年代之前研发的风电机组由于可靠性较差以及成本高昂等诸多不利因素而逐渐退出了历史舞台。但是，它们却揭示了大中型风电机组在未来的发展潜力。1973年，石油危机爆发，可预见的不可再生能源匮乏问题使得清洁环保的风力发电重新回到了各国的视线，由于曾经拥有的风力发电基础，美、英、法、德、苏联、荷兰、日本、丹麦、加拿大等国很快就制订了新的风电发展计划。自20世纪80年代起，全球各国的风力发电技术逐渐变得规范化、商业化。风电机组容量通常包括300 kW、600 kW、750 kW、850 kW、1 MW、2 MW等等。1991年，世界上第一个海上风力发电厂在丹麦建成并发电，该发电厂一共由11台丹麦Bonus 450 kW单机构成，总装机容量为4.95 MW。此后，英国、瑞典、荷兰等也先后建立了海上风力发电厂。

2 海上风电现状

放眼全球，海上风电的装机主要集中在欧洲，到2020年为止，欧洲的海上风力发电装机容量累计达24.8 GW，约占全球风电装机容量的70.37%。其中，英国的海上风电总装机容量首屈一指，长期占据世界第一的位置，总计10 206 MW，占全球海上风电装机容量的41.09%，但在刚刚过去的2021年，英国的新增装机容量出现大幅下滑，只有48 MW。

在2004年，广东南澳开始着手建造我国首个海上风电场，装机容量20 MW。之后的2005年，河北沧州黄骅港开发区管理委员会同国家能源集团国华能投共同建设装机容量达1 000 MW的国内第一个大型海上风电场。而现在，我国东部以及南部诸多沿海城市的海上风力发电机组已然建成或正处于建设中，国内海上风电的逐年发展呈现快速增长的趋势，如图1所示，到2020年为止，全球累计海上风电累计装机容量为34 370 MW，其中，我国拥有9 996 MW，位列全球第二。且在2020年中，全球海上风电新增装机容量为7 125 MW，其中，我国共有3 060 MW的海上风电并网，位列全球海上风电市场的第一名。

图1 2010—2020年全球海上风电新增装机容量及累计装机容量分析图

3 海上风电的发展前景

就当前风力发电的发展现状而言，世界各国的风电依旧以陆上风力发电为首要目标，相比于陆上风力发电累计装机容量，海上风电累计装机容量还处在刚起步的阶段。图2是2015—2020年间海上风电和陆上风电的累计装机容量变化对比图。

从图2中可以清楚地看出，海上风电与陆上风电的发展差距非常大，但增速却更快。在2020年，陆上风力发电新增装机容量达86 GW，较2019年，累计装机容量涨幅为13.8%，而海上风力发电新增装机容量为6 GW，较2019年，累计装机容量涨幅达20.7%。

图2 2015—2020年全球陆上风电与海上风电累计装机容量

因为海上风力发电拥有风电资源充足、对日益匮乏的陆上土地面积资源需求较小，且比起陆上风电还有风速平稳等先天优势，加上海上风力发电的效率较高、离经济发达用电需求大的沿海城市较近、大范围建设海上风电机组的成本和海上风电的度电成本均越来越低、易于制造和安装的漂浮式海上风电技术愈发成熟以及削减碳排放的需求愈发高涨，在可预见的未来里，海上风力发电将迎来属于自己的新时代。

根据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，“十四五”期间，将继续推动非化石能源的蓬勃发展，力争大幅增加风电的规模，海上风力发电的发展也将有序推进。当下，海上风电的建设面临诸多问题：

1）国内的风电消纳能力问题，海上风电机组发出电能后，与就近的负荷需求难以协调一致，导致风电消纳能力不足，进而产生弃风现象，浪费了资源，提高了用电成本。

2）近几年国内的风电装机容量大幅提升，海上风电的新增装机容量虽涨幅较大，然而相比陆上风电而言，还是有着非常大的差距[2]。

3）海上风力发电并不是完全无害的，风能是可再生的清洁能源，但在风力发电的过程中，风机运转的时候不论是叶片还是机组都会产生噪声污染[3]；而且风机叶片的转动也会对候鸟迁徙造成难以避免的不良影响，风电机组的运行中，在发电、变电和输电三个环节中均会出现电磁辐射[4]。

4）风电机组在并入配网的时候会出现电压波及闪变、频率变化、谐波产生、电压跌落、造成配网中出现较高的冲击电流等不利因素[5-6]，进而影响电能质量。而且，由于风能天然的不确定性，会导致风电出力具有随机性及波动性，风电机组大规模并网将会对配网稳定性和电能质量的保障带来挑战[7]。

5）远海风力发电有待进一步开发，远海地区占海上风电资源的80%，然而国内的远海风电尚处起步阶段，面前有着技术难关、成本高昂、相关产业链尚不成熟等诸多考验。

就目前而言，智能制造是全球实业发展的大趋势，不论海上风电还是陆上风电的智能化建设都需要依托“互联网+”，结合人工智能和大数据应用技术，确保第一时间分析、研究、监测、调整、排故等各项工作的进行[8]。未来的海上风电发展中，需要考虑风电的不确定性来规划配网，确保风电并网顺利[9]，并着力解决风电消纳问题，协调供需平衡，确保电能质量，提升发电能力的同时也要提升远距离输电能力，将海上风电发出的电能输送至内地，在保证用电需求的同时减少火力发电。还可以通过发展储能技术，如风电中应用最多的飞轮储能技术来尽可能提升风电的利用效率，减少弃风现象[10]。

而且，伴随着国内第一台漂浮式海上风电机组并入配网，标志着我国远海风电的建设走向了正轨，通过技术研发、培养优秀的管理体系以及大力扶持相关产业链（如风机叶片芯材的关键材料巴沙木的种植业）来降低发电成本，从而达到逐步取代低成本的传统化石能源的目的。

4 结语

海上风力发电在减少碳排放、保证可持续发展、提高发电效率、保障用电需求等方面的优势十分显著。目前，我国能源架构中，传统火电依旧占据主导地位，伴随着时代的变迁，海上风电将大规模开发布局，有望取代火电，成为国内的能源新支柱。