向海洋要能源：领先科技，开启海上风电发展新时代

——“长星风电”海上组合式漂浮风力发电专用技术的研发及应用

2011年3月日本福岛核电站核泄漏所造成的辐射危机，极大地暴露了核电发展的弊端，使风能、太阳能等绿色可再生能源呈现出越来越大的资源优势和发展潜力。在众多可再生能源中，风能以其资源无尽，成本低廉，技术最成熟，最具规模开发条件和发展前景，成为当前最具商业开发价值的能源。据统计，全球风能可利用资源量为72万亿千瓦。即使只成功利用了其中的20%，依然相当于世界能源消费量的总和或电力需求的7倍。

作为中国风电产业发展的领军企业，山东长星风电科技有限公司专业致力于风能利用技术的自主创新和研发。2010年，长星风电继首创“高速同步无刷励磁全功率变流风力发电技术”之后，凭借自身领先世界的技术实力和国际化视野，又率先在世界上发明了“海上组合式漂浮风力发电专用技术”，开启了海上风电向深海发展的新的时代，成为引领世界海上风电产业发展的先锋力量。

1. 风电产业的发展看海上

近几年来，随着陆地风能资源开发殆尽，土地资源日趋紧张，以及海上风电技术的日益成熟，风电产业向海上发展已成为必然趋势。可以预见，在未来几年甚至更长时间内，海上风电将成为世界风电产业发展的主要方向和制高点。

1.1 海上风能储量丰富，但开发利用仍处于起步阶段

在全球，海洋占了地球表面积的70％以上，在海上建设风电场不仅具有广阔的空间，而且风力和风能密度大，有着巨大的发展潜力，但是一直以来，由于海上风电技术复杂，安装、运行、维护成本高，开发利用程度很低，仍处于起步阶段。截至2010年底，世界海上风电装机容量累计实现3117.6MW，仅占全球风电装机总量的1.6%。

在中国，据中国气象科学研究院初步探明，可开发和利用的风能总储量约为10亿千瓦，近海可开发和利用的风能储量有7.5亿千瓦，是陆地风能资源的三倍以上，水深30米以上风能资源更为丰富，而2010年中国海上风电累计装机容量仅为106MW，开发利用率不足1%。丰富的储量和尚未开发的状况无不预示着海上风电巨大的发展潜力。

1.2 与陆上风电相比，发展海上风电具有显著优势

Ø        风能资源更为丰富。海上风力资源丰富，比陆地风力发电量大。通常，离岸10km

的海上风速要比沿岸陆上高出25%；

Ø        年利用小时长。陆上风电机组年平均利用小时数一般在2000-2300小时之间。但

根据国外经验，海上风电机组的年平均利用小时数一般在3000小时以上，有的高达4000

小时左；

Ø        风能质量好，风机寿命较长。由于海上风力资源更为稳定，风速较陆上更高，风切

变更小，湍流强度小，有稳定的主导方向，因此机组运行稳定、寿命长，不需要很高的塔架，单机能量产出较大；

Ø        易于大型化、规模化发展。由于海上风电机组距离海岸较远，对噪音要求较低，同

时受噪声、景观、鸟类、电磁干扰等问题限制较小，且运输便利，因此更易于向大型化、规模化发展，在一定程度上降低单位发电成本；

Ø        海上风电不占用土地资源，不涉及土地征用等问题，且接近沿海用电负荷中心；

Ø        海上风能的开发利用不会造成大气污染和产生任何有害物质，可减少温室气体排放，环保价值可观。

1.3 各国政府的大力扶植

作为一个新兴朝阳产业，海上风电的发展离不开政府的大力扶持。自2005年以来，海上风电发展提速，世界各国纷纷出台风电配额、补贴、规定上网电价等优惠政策及发展规划鼓励海上风电的发展。

根据欧盟提出的海上风电发展规划，到2020年海上风电装机容量将达到4000万千瓦、到2030年达到1.5亿千瓦，2011年4月，美国提出，到2020年海上风电装机将达1000万千瓦，到2030年实现5400万千瓦。2010年，中国国家能源局出台《海上风电开发建设管理暂行办法》并制定了海上风电发展规划。国家计划2020年前在江苏南通、盐城、上海、山东鲁北等海域重点建设几个百万千瓦级大型风电基地，并初步形成江苏和山东沿海千万千瓦级风电基地。在其他海域，发挥经济优势和市场优势，因海制宜，重点建设数十个10万千瓦级的海上风电场。到2015年，我国海上风电累计装机有望达到500万千瓦；到2020年，海上风电累计装机有望达到3000万千瓦。

2. 海上风电的未来在深海

“风电产业的发展看海上，海上风电的未来在深海”。目前，在风电资源评估、装备技术及勘探、施工综合技术不断进步的支撑下，海上风电正呈现出由近海向离岸几十公里的深海方面发展的趋势。

深海区域意味着更丰富的资源和更广阔的发展空间。通常，深海区域的风力资源比近海区域更为丰富，据统计，美国海域在水深60~900m处的海上风力资源达到1533 GW，30~60m处的海上风力资源为541GW, 而近海0~30 m的水域只有430GW（见图1）。根据中国国家发展和改革委员会能源研究所等机构的研究，中国近海10m、20m、30m水深以内的海域风能资源分别约为1 ×10⁸  k W、3 ×10⁸  k W和4.9 ×10⁸  k W，如果按照美国海域的数值比例计算，中国深海60~900m处的海上风能资源将占约17.4 ×10⁸  k W，这就意味着随着水深和离岸距离的增加，风能储量将成比例增长。此外，深海风电场不会对海岸景观、航道和环境等造成不利影响，更有利于科学规划。

2011年7月，中国国家能源局和国家海洋局联合制定的《海上风电开发建设管理暂行办法实施细则》明确提出，海上风电场原则上应在离岸距离不少于10公里、滩涂宽度超过10公里时海域水深不得少于10米的海域布局。随着浅海域风力发电场日渐难以满足风能产业发展的要求，海上风电向深海发展已成必然。

3. 海上风电发展现状及趋势

3.1 发展现状

欧洲是世界上海上风电技术发展最早的地区，也是风电技术最成熟的地区。目前全球90%以上的海上风电装机容量都分布在欧洲。近年来，在欧洲海上风电成功经验的鼓励下，近年来, 北美、 亚洲各国也加入到海上风电的开发行列中。2010年中国实现零的突破，建成第一个海上风电项目，同时美国也批准投建100万千瓦海上风电项目。据全球风能理事会（GWEC）统计，2010年全球风电装机容量累计达194.4吉瓦，占全球电力需求的2%，按照现在的发展速度，到2020年风能将满足全球12%的电力需求，到2030年更可达到22%，而在当前陆上风电发展已经触顶的情况下，海上风电将成为未来风电产业发展的主要增长点。

3.2 发展趋势

Ø        单机大型化趋势。为降低单位兆瓦的发电成本，各风电设备制造商纷纷研制大功率

风力发电机组，单机容量由3MW向10MW跳跃式发展，呈现大型化趋势。

Ø        成本日趋降低，更加注重发电效率。海上风电场总投资成本一般比陆上风电场总投

资成本高出1~2倍左右，其中基础、安装及电网接入成本远远大于陆上。虽然建设成本相对较高,但海上风电场拥有优越的风资源,不占用陆地面积等显著优点,它的经济价值和社会价值正得到越来越多的认可。同时海上风电场安装容量的增加、风机尺寸和风机布置规模的扩大和安装运输技术的成熟,海上风电成本及运营成本也在逐步下降,海上风电将得到进一步的发展，而且由于海上风机不受噪音、景观等环境限制，可以采用更高的风轮转速，海上风机发电效率更高，从而提高整体海上风电的经济性。

Ø           新型海上风力发电机组逐步发展。继直驱永磁风力发电机组成功应用海上之后，采

用“高速同步无刷励磁全功率变流风力发电技术”等新型技术的海上风力发电机组也得到不断研发和运行，并不断呈现出新的发展优势。

Ø          向深海发展趋势

4. 发展海上风电应立足自主创新

4.1 制约海上风电发展的主要因素

海上风电的开发，一般按照水深和离岸距离，划分为滩涂，潮间带，近海大陆架和深海四种。根据目前的技术条件，海上风电主要发展区域为水深<30米的近海区域，≥30米得深海风电仍处于试验阶段。虽然开发商和风电设备制造商已经积累了十多年的海上风电开发经验，目前不仅海上风电机组的产品和型号不断增多，对海上风电设备特殊运行条件的认识也更加深入，但是严格来说海上风电目前所处的阶段还仅是将陆上风机装在海里，因此海上风电行业的前景虽然广阔，但要实现这一清洁能源的普及还面临诸多问题。

Ø          基础结构设计和建造是制约海上风电发展的重要因素

为了承受海上的强风载荷、海水腐蚀和波浪冲击等，海上风电机组的基础远比陆上的结

构复杂、技术难度大、建设成本高，一般来讲基础结构约占海上风电开发成本的1/3左右，而且随着水深的增加，海上风电基础结构的成本也会相应增加。目前海上风机多采用重力混凝土和单桩钢结构基础设计方案，一般仅限于开发水深20米以内的近海风电，如果水深超过30米，海上风电的基础成本会迅速增加。为适应更深海域风电的开发，开发商已在积极研发漂浮式结构，这种结构可选择的概念加多，成本与海底固定的方式接近，受水深和离岸距离的限制小，而且在建设和安装步骤上有较大弹性，且容易移动或拆卸，目前在挪威已有成功案例，但目前仍处于试验阶段。

Ø          安装困难，运营维护成本高

    海上风电机组在海洋环境中施工难度较高，受天气，水文，波浪等各种条件的制约，吊装及维护困难，而且目前海上风电吊装设备较专业，而且数量不多，专业人员储备也十分缺乏，使海上风机的吊装和维护成本较高。据初步统计，海上风电的维修成本相当于陆上风电维修费用的2倍。

Ø          并网困难

    和陆上风电一样，海上风电也将遭遇并网难题，虽然海上风电场一般更靠近电力负荷中心，电网容量大，而且海上风力较为稳定，但仍存在电压波动、闪变等问题。此外在海底铺设海底电缆难度较大，使海上风电的并网成本较高。

Ø         投资大，成本高

近几年来，尽管风电产业发展迅速，海上风电技术也日趋成熟，但海上风电的建设成本仍是陆地风电的2~3倍，投资大，投资回报率不理想仍是阻碍海上风电发展的关键问题。

4.2 发展海上风电应立足自主创新

目前，海上风电机组的核心技术仍然掌握在欧美国家手中，其他国家和地区海上风电的发展仍处于起步阶段，缺乏强有力的技术支撑。风电作为一个新兴产业，每一项新的风电技术都有相应的专利保护，而通过许可证方式的技术引进，是得不到关键技术和核心技术的。因此，在借鉴欧洲海上风电先进经验的基础上，坚持技术创新，大力发展拥有独立自主知识产权的海上风电技术已经刻不容缓。整体来讲，我国风电的研发资源比较少，自主创新能力不强，在加强行业资源整合的同时，政府应该加大政策扶持力度，以市场换技术，鼓励和支持有实力、有技术企业的发展，培育我国海上风电技术自主创新能力。这样，我国海上风电才能走的更快、更好、更强。

5. 海上组合式漂浮风力发电专用技术的创新及应用

2010年，针对传统海上风电场需要在海底打桩建基础，投资成本高，单机3MW、5MW发电效率低，且仅限于近海发展等弊端，山东长星风电有限公司紧抓风电产业向海上发展的趋势，依靠自身强大的研发力量，在国内率先研制成功了海上风电发展的全新技术——“海上组合式漂浮风力发电专用技术”。

该技术为海上风力发电提供一种正八边形组合式支撑结构漂浮平台（如下图所示），由9个浮筒式风机组底座组成，通过支撑柱和支撑部件组成一个整体结构，利用三角形的稳定性将承受的载荷均匀分布，能经受住各种气候因素及波浪造成的复杂载荷，该平台漂浮在海面上工作，不受水深和离岸距离的限制，可以放置在海面任何一个角落，并可实现风能、太阳能、潮汐能等多种新能源综合利用，从而能够有效降低海上风电机组的安装及维护成本，利用率高，经济效益好。