我国海上风电发展现状与效益提升分析

王新友

（甘肃广播电视大学 理工农医学院，甘肃 兰州 730030）

能源利用和环境污染成为人们共同面临的两大主题。为了在满足人们日益增加的能源需求的同时，又能减轻环境污染的压力，人们不断探索开发各种型式的新能源。目前已经开发利用的新能源发电型式中，风力发电最为成熟。但我国陆上风电在“三北”地区“基地建设、规模送出”开发模式下，因当地消纳能力有限，对外输送依赖于特高压线路建设的现状，弃风限电现象较为普遍，于是海上风电引发了各界的广泛关注。与陆上风电相比，我国的海上风电具有接近负荷中心、不存在送出和消纳的问题、不占用土地等区位优势，具有湍流强度小、主导风向稳定、海面粗糙度小、海风垂向切变小等资源优势，越来越受到人们的青睐，逐渐成为风电开发的重点领域，加快了我国绿色电力的步伐。

一、我国海上风电发电现状

我国海岸线绵长，有着丰富的海上风能资源，近海风能资源储量为7.5 亿kW，是陆上风能资源储量的3倍。我国近海100m高度、5～25m水深范围内风电技术可开发量约为1.9 亿kW，100m 高度、25～50m 水深范围风电技术可开发量约为3.2亿kW［1］。但海上风电技术较陆上风电复杂，建设成本也较陆上高。我国海上风电起步较晚，2010年上海东海大桥风电场一期项目的并网发电［2］，标志着我国海上风电发展正式迈开步伐。

我国凭着海上风资源丰富稳定、接近负荷中心的优势，经各方初步摸索探究，2013年底全国已建成海上风电装机容量达29 万kW［2］，2017年底投产装机容量已达279万kW，海上风电造价也随之不断降低。2010年投产的上海东海大桥风电场一期工程造价为23 186 元/kw，2014年建成的二期工程造价19 207元/kW［3］，发展到目前海上风电平均造价降低为16 000元/kW；但比较陆上风电造价7 000元/kW的现状，海上风电机组价格约是陆上风电机组价格的2 倍，海缆以及海上升压站等电气设备价格均比陆上风电场高出较多，风机基础、风机安装等费用也远远超出陆上风电场费用。

随着《海上风电开发建设管理暂行办法》的废止和《海上风电开发建设管理办法》的实施、《风电发展“十三五”规划》及《全国海洋经济“十三五”规划》的颁布，海上风电技术的不断进步和风电场的开发建设，设备制造能力的不断提升和施工经验的不断积累，我国海上风电的标准体系初步确立，海上风电勘测设计、设备制造及专业施工队伍的产业链已初步形成，将有力推进我国海上风电的持续发展。

二、影响海上风电进一步发展的因素

我国已建、在建和拟建的海上风电都是由能源部门先期确定项目选址，再由项目建设单位开展风力资源调查、工程可行性研究、接入系统审查、地质详勘、地形水文测量、环评等前期工作。海上风电因其建设条件复杂、技术工艺不成熟，目前已建海上风电主要集中在离岸距离近、水深较浅的近海区域。技术和成本成为制约海上风电发电的主要因素，其中建设成本高昂的原因主要是风电机组购置费、机组安装费、基础施工费等居高不下。

（一）设备价格高

因海上风电机组设计要考虑冰冻、台风、腐蚀等环境因素，技术难度提高，国内机型缺少运行业绩或处于样机阶段，可选机型较少。虽然国外机型相对比较成熟但价格较高，致使海上风电机组价格约达6 500 元/kW。相比陆上风电机组价格只有3 700元/kW左右，海上风电机组价格高出约76%。而陆上风电机组占整个风电场建设总投资约55%，海上风电仅为40%左右，这样海上风电机组购置费就显得更高。另外，由于海上风电所处环境的特点，海上风电塔筒、其它变配电设备及电缆等防腐要求更高，其造价均明显高于陆上风电。从而各项设备价格高成为制约海上风电发展的重要因素。

（二）施工成本高

海上风电机组由于承受强风荷载、海水腐蚀等环境因素，基础设计、现场施工难度加大。海上施工对设备、工程经验的要求高，需要专业大型船机设备等来完成整个海上风机的安装，而大型安装船机设备少、费用也高。

风机基础施工和风机安装费用的高低主要取决于风电场的离岸距离和水深，随着离岸距离的增加，海水深度增加，海底地形地质条件变得较近岸复杂，施工难度增大［4］，建设成本也会随之增加，后期运营、维护、检修费用也会相应增大。

当前我国已竣工的海上风电场项目相对较少，相应的施工设备较少，施工队伍较为单一，施工经验不足。再加上不同海域条件不同、施工难度也不同，费用就更加高昂，与陆上风电的基础施工和机组安装费用占总投资额约10%相比较，海上风电占总投资额的比则高达35%以上。

（三）可再生能源补贴不能按期到位

海上风电的电价由可再生能源补贴电价和当地火电标杆电价两部分组成。而可再生能源补贴部分资金到位周期太长，导致可再生能源发电企业流动资金不足，部分新能源发电企业为保持企业正常运转，需再次融资才能按期还本付息，导致财务成本再次增加，严重影响力新能源发电企业的正常经营和经济效益。

（四）投资收益较陆上风电低

我国上网电价实施政府宏观调控，采用政府批复电价，近几年上网电价也随国家调控呈下降趋势。陆上风电主要集中在IV 类资源开发区。2018年新建陆上风资源IV 类区电价为0.57 元/kWh，海上风电电价为0.85 元/kWh。按照陆上风电造价7 000 元/kW，海上风电造价16 000 元/kW计算，海上风电年利用小时数按2 300h、陆上风电按2 000h计算，若不考虑运营和维修成本，仅计算建设成本，寿命期均按20年，贴现率均按4.9%计算，则建设费用成本中海上风电为0.554 元/kWh、陆上风电为0.278 元/kWh，若再考虑到海上风电检修、维护、修理费等远高于陆上风电，则海上风电收益远低于陆上风电。

三、提高海上风电收益的途径

风电场运营后的效益最大化是风力发电企业追求的最终目标，同一地区风资源基本相同、造价基本相同的情况下，选用不同的机型发电量会存在较大的差异，导致风电场运营后收益差异较大。在对风资源科学评估和选用与风资源相匹配的风电机组，以及通过技术研发提高风电机组的风能利用率和运行可靠性，同时改进风机安装的施工工艺，有效降低海上风电建设成本，是未来海上风电发展的主要任务。

（一）完善前期资料

完善规划，规范风电场选址。在风电前期工作对拟选风电场的风能资源进行科学合理评估中最为重要，风电场的风能资源直接影响着风电场的发电量，进而影响风电场的经济效益，是投资决策的重要环节，也是风电场投运后能否达到预期收益的关键因素。在对风能资源科学评估的基础上，针对不同类型风电机组的性能及参数，结合详查海底地形、水深等施工基础资料，优化风机布置，进行微观选址，选用适合拟建风电场的最佳风电机组，使机组投运后的风能利用率达到最佳。同时，通过对施工基础资料的详细掌握，减少施工过程中风机基础、集电线路施工的变更，降低施工过程中工程造价增加的风险，也更有利于拟建风电场的经济效益评价，为投资决策提供科学合理的依据。

（二）加强科技研发，促进技术进步

目前海上风电核心技术普遍掌握在风电起步较早的欧洲国家。我国海上风电相关设备材料制造企业、施工企业正处在攻关阶段，政府应提供平台，积极倡导企业与高校、科研单位进行合作，加强风电机组制造的自主产权和本地化能力，提高风电机组可靠性和风资源的可利用率，提高风机基础及风机安装等施工工艺，这是降低海上风电建设成本的最佳和有效途径。

我国已建成海上风电的单机容量大部分在3MW 至5MW 之间，目前海上风机比较成熟的欧洲市场单机容量则在6MW至8MW之间。6MW以上机组的投运将成为海上风电的主流机型，大容量机组也将成为海上风电机组研发的重点。伴随着单机容量的不断增大，将会降低辅助设备采购成本，风电场建设成本也将逐步降低。大容量机组风电场的建设成本及投运后的运行维护费用都小于小容量机组，同时，受海上渔业、通航、军事等因素的限制，发展大容量机组也是海上风电发展的必然趋势。当海上与陆上风电机组价格相同时，其它部分高出的成本可被海上风能资源的优势所抵消，届时海上风电上网电价可与陆上风电上网电价基本持平，海上风电的竞争力将显著增加。

目前海上风电基础随着水深增加基本采用重力式、筒式、桩基式［5-6］，随着海上风电不断向深海发展，以及基础施工工艺的改进，浮置式基础会成为大容量风电场主要的基础型式。随着我国海上分体安装和海上整体安装技术应用的加强［7］，越来越多的施工企业进军海上风电施工安装领域，海上风电施工设备及安装能力不断提升、工艺不断改进，企业之间的竞争日益激烈。而随着施工企业的施工技术成熟、建设规模扩大化、基础形式多样化、设计方案稳定化、施工船机专业化等，基础施工和风机安装建设成本会进一步降低，整个风电场建设成本也会随之降低。

35kV 海底电缆目前在国内是比较成熟的产品，随着海底电缆制造工艺的提高，以及大截面高压海缆制造能力的提升，110kV 高压海底电缆价格将进一步下降，也将对建设成本的降低作出积极贡献。

风电场装机容量增加，高电压等级越来越具有经济性。目前海上风电向陆地输送主要采用交流高压输送方式，但离岸距离的增加和电压等级的升高，采用高压交流输送方式将随着装机容量的增加，经济临界距离逐渐减小［8］；电力电子技术的进步，将使得直流换流站成本进一步降低，通过在海上建立变流平台，采用直流输送方式会成为今后海上风电电能输送的主流方式。

（三）向远海发展

为了节约建设成本，我国目前海上风电开发主要集中在海岸及近海水深较浅的区域，施工技术相对简单，建设成本也较低；但近海水域风资源状况没有远海水域丰富和稳定，随着技术的进步和设备可靠性的提高，设备采购和施工费用的逐步降低，以及运行维护费的逐步降低，远海区域由于风速切变更小、风速更为稳定，远海风电场利用小时数也会较近海增加，当远海区域风电的收益率达到或超过近海区域时，远海区域风电将迎来高速发展。

（四）运用BIM 技术，加强管理

BIM 技术是一个实时动态数据库，它使得项目实施过程高度动态化。针对海上风电所处地理环境比较复杂的特点，将BIM 技术运用于海上风电施工全过程，建立施工现场3D 模型及数据库，将各类工程量、建设成本输入模型，运用BIM数据系统对数据进行重新分析计算，会及时发现其中的漏洞和冲突，综合协调配合工程质量、进度和成本，得到最佳管理顺序，直观准确，提高管理效率，降低建设成本。

（五）环境价值

海上风电由于是清洁电力，发电过程中并不消耗燃料，同时也不向环境排放污染物。目前我们在计算海上风电投资收益时只考虑了建设成本和运行维护成本，并没有考虑其燃料节约成本和环境成本。根据国家能源局的统计，2017年全国火电平均利用小时4 209h，标准煤耗309g/kwh［9］，海上风电年利用小时按2 300h 计算，每kW 海上风电装机每年可节约标煤710.7kg。根据中国电力企业联合会《中国电力行业年度发展报告2018》发布的数据，2017年火电烟尘排放量为0.06g/kWh，SO2排 放 量 为0.26g/kWh，NOx排 放 量 为0.25g/kWh，CO2排放量为844g/kWh，耗水量为1.25kg/kwh，废水排放量为0.06kg/kWh［10］。据此计算，每kW 海上风电装机每年减少烟尘排放量为138g，SO2排放量为598g，NOx排放量为575g，CO2排放量为1941.2kg，废水排放量为138kg，因此看见环境效益可观。按照《中华人民共和国环境保护税法》规定，若对火电企业排放的大气污染物烟尘、SO2、NOx缴纳环境保护税，税额按照国内海上风电装机容量最大的江苏省计算，计算结果如表1所示。

表1 海上风电节约的环境价值

根据以上计算，海上风电节约的大气污染减排价值为0.2709分/kwh，若标煤单价按690元/t计算节能价值，则海上风电节能价值为21.3217 分/kwh，其环境价值为0.215919 元/kwh；因CO2不属于大气污染物，在此也未计算其减小温室效应的环境价值。随着社会经济的不断发展，环境问题越来越受到各界的重视，海上风电的环境价值也会越来越高。

四、结语

技术和成本是制约海上风电发展的关键要素，海上风电核心技术大多掌握在国外大型风电公司手中，对核心技术的掌握不足使得我国海上风电的成本高昂，但伴随着国家2020年海上风电开工建设规模达到1000 万kW、累计并网容量达到500万kW以上目标的实施，海上风电的风机制造商越来越多，单机容量更大、更加智能化的机组也将应运而来。随着国内一批海上风电场陆续建成投产，海上风电附属设备制造能力将得到快速提升，施工经验的不断积累，风机基础、风机安装能力的不断提升，各制造企业和施工企业之间的竞争将会日益激烈，都将推动海上风电全产业链技术的不断进步和建设成本的不断降低，我国海上风电的竞争力将不断增强，海上风电场将会向更加远离海岸的深海区域发展，海上风电将作为核心电源为发展低碳经济助力。