截止2011年年底,中國(guó)的海上風(fēng)力發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量為26萬千瓦,繼英國(guó)和丹麥之后,位居全球第三。2007年,與位于渤海灣中的中國(guó)海洋石油總公司的油田相鄰,金風(fēng)公司利用導(dǎo)管架樁基建設(shè)了1.5兆瓦的海上風(fēng)車。2007~2010年,華銳公司在上海建設(shè)了由34座3兆瓦風(fēng)車組成的東海大橋海上風(fēng)力發(fā)電站。中國(guó)提出了雄心勃勃的目標(biāo),力爭(zhēng)在2015年之前設(shè)置500萬千瓦,在2020年設(shè)置3000萬千瓦。預(yù)定以江蘇省及山東省為主,在沿海地區(qū)進(jìn)行建設(shè),從而可從距電力需求旺盛地區(qū)較近的基地進(jìn)行供應(yīng)。
中國(guó)國(guó)家能源局于2010年實(shí)施了4個(gè)總計(jì)100萬千瓦的“專*權(quán)項(xiàng)目”(以售電成本及設(shè)備國(guó)產(chǎn)化比例為條件,通過競(jìng)爭(zhēng)投標(biāo)決定運(yùn)營(yíng)商的制度)招投標(biāo)。采用地比預(yù)想的更為復(fù)雜,已發(fā)現(xiàn)許多課題。第2輪總計(jì)200萬千瓦的招投標(biāo)原本預(yù)定于2011年進(jìn)行,但被延期至2012年。
海上風(fēng)力發(fā)電的魅力
海上風(fēng)力發(fā)電在整個(gè)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域所占的比例目前為2.5%,累計(jì)僅為1.7%。不過全球?qū)Υ吮в袠O大期待。
海上風(fēng)力發(fā)電的魅力在于,與陸地風(fēng)力發(fā)電相比具備幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如,距離人的居住區(qū)較遠(yuǎn),不易出現(xiàn)噪聲及景觀等環(huán)境問題,建設(shè)時(shí)也不存在道路限制;有廣大的設(shè)置區(qū)域,可選擇風(fēng)況較好以及距需求地較近的場(chǎng)所;由于沒有擋風(fēng)的結(jié)構(gòu)物等,而且風(fēng)況較好,因此與陸地相比,可獲得更多的發(fā)電量(最近歐洲海上風(fēng)力發(fā)電站的設(shè)備利用率約為40%)等。
特別是建在距電力需求較大的沿海地區(qū)較近的場(chǎng)所,基礎(chǔ)設(shè)施成本負(fù)擔(dān)較小,這一點(diǎn)具備非常大的吸引力。并且,海上風(fēng)力發(fā)電還是需要進(jìn)行技術(shù)革新的領(lǐng)域,因此有望產(chǎn)生扶植新產(chǎn)業(yè)、擴(kuò)大就業(yè)等效果。這是一項(xiàng)正處于發(fā)展過程中的技術(shù)及系統(tǒng),任何一個(gè)國(guó)家及企業(yè)都有機(jī)會(huì)成為領(lǐng)***者。
海上風(fēng)力發(fā)電在西歐發(fā)展迅速的主要因素,是國(guó)家規(guī)定了普及可再生能源的義務(wù),以及適宜進(jìn)行陸地風(fēng)力發(fā)電的用地減少等。而且還有一個(gè)重要原因在于,隨著北海油田的衰減,發(fā)展、運(yùn)營(yíng)海上風(fēng)力還可成為相關(guān)石油公司確保業(yè)務(wù)及就業(yè)的對(duì)策。換言之,該領(lǐng)域可充分利用海上石油開發(fā)及運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。
歐洲先行進(jìn)行開發(fā)
從成本及技術(shù)等角度出發(fā),風(fēng)力發(fā)電首先在陸地開始開發(fā),隨著適宜采用地的減少,逐漸轉(zhuǎn)向海上風(fēng)力發(fā)電。在西歐,從丹麥開始,逐漸擴(kuò)展到德國(guó)、西班牙及英國(guó)等,并繼而向東歐擴(kuò)大。陸地適用地減少的西歐各國(guó),目前正在北海及波羅的海等處開發(fā)海上風(fēng)力,結(jié)合跨國(guó)海底供電線網(wǎng)建設(shè)(SuperGrid),正逐漸成為主要風(fēng)力開發(fā)區(qū)域。在歐洲以外的其他地區(qū),雖然也會(huì)考慮風(fēng)況及自然環(huán)境的不同之處等,但基本是采用領(lǐng)先一步的歐洲方式。
海上風(fēng)力發(fā)電的開端可以追溯到1990年,當(dāng)時(shí)瑞典建設(shè)了220千瓦“Nogersund海上風(fēng)力研究所”。經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)20多年的歷史,瑞典扎扎實(shí)實(shí)地經(jīng)歷了研發(fā)、實(shí)證、商業(yè)化及大規(guī)模化階段,包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在內(nèi),積累了專有技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。1991年,丹麥建成全球首個(gè)海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)“Vindeby”(450千瓦×11臺(tái)),之后,丹麥就一直引領(lǐng)著這一領(lǐng)域。2000年,丹麥在2公里海域處建設(shè)了全球首個(gè)正式的商用海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)“Middelgrunden”(2000千瓦×20臺(tái)),2002年,又在14~20公里海域處建設(shè)了全球首個(gè)正式的大規(guī)模海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)“Horns-Rev”(2000千瓦×80臺(tái))。
從陸地發(fā)展到海上著床式和浮體式
海上風(fēng)力發(fā)電分為設(shè)置基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物、固定在海底的著床式,以及像浮子一樣浮在海中、利用線纜固定的浮體式等兩種。從以往的實(shí)際情況來看,基本為著床式。據(jù)稱,水深40米以下選擇著床式,50米以上選擇浮體式,在成本方面比較合適。歐洲海域擁有大面積的平淺灘,適宜采用著床式的用地較多,目前的大規(guī)模計(jì)劃也以著床式為前提。
而實(shí)機(jī)規(guī)格的浮體式設(shè)備,在歐洲也僅有在實(shí)證業(yè)務(wù)中設(shè)置的2臺(tái)。2009年6月,挪威石油公司投入巨額預(yù)算,建設(shè)了2300千瓦的“Hywind”。2011年11月,在葡萄牙,EDF與Proinciple Power的2000千瓦“WindFloat”實(shí)證設(shè)備投入使用。中國(guó)和韓國(guó)也制定了相關(guān)計(jì)劃,但均用于實(shí)證業(yè)務(wù)。
以國(guó)策為基礎(chǔ)的分區(qū)及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不可或缺
據(jù)稱,與陸地相比,海上風(fēng)力所花費(fèi)的成本為前者2~3倍。由于需要在海上進(jìn)行建設(shè)及維護(hù),因此難以進(jìn)行作業(yè),需要準(zhǔn)備專用船只。設(shè)置海底電纜也是成本增加的一個(gè)因素。根據(jù)分配方式,有時(shí)會(huì)給開發(fā)運(yùn)營(yíng)商造成很大負(fù)擔(dān)。
海上風(fēng)力發(fā)電力爭(zhēng)與陸地風(fēng)力發(fā)電實(shí)現(xiàn)同等的成本。風(fēng)力發(fā)電的輸出與風(fēng)速的3次方、與風(fēng)車面(葉片長(zhǎng)度的2次方)成正比,因此在海上風(fēng)況較好處設(shè)置是比較重要的。在歐洲,陸地風(fēng)速為每秒6~8米時(shí),設(shè)備利用率為20~25%,而在海上適宜用地上,風(fēng)速有望達(dá)到每秒10米左右,設(shè)備利用率也有望達(dá)到35~40%。
削減成本的有效方法就是實(shí)現(xiàn)大型化。風(fēng)力發(fā)電一直都是通過風(fēng)車的大型化來降低成本。如果實(shí)現(xiàn)大型化,便可減少設(shè)置數(shù)量,削減建設(shè)成本。這種效果在建設(shè)工程占比較高的海上風(fēng)力領(lǐng)域變得更為明顯。目前陸地風(fēng)車最大規(guī)模已經(jīng)達(dá)到2500~3000千瓦左右,但由于受到葉片陸地運(yùn)輸?shù)南拗疲虼?000千瓦被視為極限。而在海上,目前正在進(jìn)行5000~6000千瓦的實(shí)證試驗(yàn),三菱重工業(yè)公司等目前正在開發(fā)7000千瓦的海上風(fēng)力發(fā)電。而且還有多個(gè)國(guó)家及企業(yè)也在探討開發(fā)1萬千瓦的海上風(fēng)力發(fā)電。
出現(xiàn)港灣新產(chǎn)業(yè)城市
作為實(shí)現(xiàn)大型化及大規(guī)模化的前提,設(shè)定海上區(qū)域及港灣和海底線纜等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不可或缺。歐洲各國(guó)一般是在各自的領(lǐng)海內(nèi)由國(guó)家指定開發(fā)區(qū)域(分區(qū)),并征集開發(fā)者(資料3)。
建設(shè)和作業(yè)所用專用船的母港也必須加以完善。還需要建設(shè)用來升降重達(dá)數(shù)百噸的底艙(容納發(fā)電機(jī)等裝置的風(fēng)車核心部分)的起重設(shè)備和承載力強(qiáng)勁的岸壁。此外,用于組裝風(fēng)車和收發(fā)保管機(jī)械、部材的設(shè)施,以及大片場(chǎng)地也必不可少。制造商還有可能選擇在腹地設(shè)廠。如此一來,就能夠形成大型港灣產(chǎn)業(yè)都市。
臨近丹麥國(guó)境的德國(guó)不來梅港是海上風(fēng)力港灣城市的代表。這里過去造船產(chǎn)業(yè)興旺,還是一座***港,二戰(zhàn)結(jié)束后,美國(guó)海***也曾駐扎在此。雖說美***撤出后,因?yàn)樵齑瑯I(yè)失去了競(jìng)爭(zhēng)力,不來梅港一度陷入低迷,但現(xiàn)如今,這里又作為海上風(fēng)力基地,重新煥發(fā)了光彩。
三菱重工獨(dú)具優(yōu)勢(shì)
日本企業(yè)也加入到了大規(guī)模投資的大潮之中。三菱重工收購(gòu)了大學(xué)創(chuàng)辦的英國(guó)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)阿蒂米斯智能電源公司(Artemis Intelligent Power)。海上風(fēng)力發(fā)電最大的課題在于如何降低維護(hù)成本。在遙遠(yuǎn)海域發(fā)生故障時(shí),維修人員必須乘坐專用船趕往現(xiàn)場(chǎng),利用起重機(jī)把巨大的底艙吊到船上,運(yùn)送至海岸進(jìn)行維修。因此,如何不發(fā)生故障、如何減少故障次數(shù)是重中之重。
容易發(fā)生故障的部位包括時(shí)刻保持高速旋轉(zhuǎn)的增速器(齒輪)。這是把風(fēng)車葉片的低轉(zhuǎn)數(shù)(約10rpm)提高到系統(tǒng)需要的轉(zhuǎn)數(shù)(1500/1800rpm)所必需的裝置。為了避免使用齒輪,一般需要借助直徑10米以上的多極同步發(fā)電機(jī),但三菱重工采用的是油壓式發(fā)電機(jī)。與多極式相比,這種發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于所占空間較小,能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化,在發(fā)生故障時(shí),只需拆下故障的地方進(jìn)行維修即可。
海上風(fēng)力開發(fā)的規(guī)模大。包括系統(tǒng)控制和基礎(chǔ)設(shè)施連接在內(nèi),需要建設(shè)、經(jīng)營(yíng)大規(guī)模發(fā)電站的專有技術(shù)經(jīng)驗(yàn),而且還需要高額的研發(fā)費(fèi)用。因此,技術(shù)實(shí)力、統(tǒng)管能力、財(cái)務(wù)能力兼?zhèn)涞拇笮推髽I(yè)會(huì)在開發(fā)上占有優(yōu)勢(shì)。
如上篇所述,在海上風(fēng)力渦輪機(jī)生產(chǎn)商中,西門子公司的份額占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。能夠?qū)刮鏖T子的有通用電氣公司和三菱重工。在“三巨頭”中唯一擁有造船部門,這是三菱重工的優(yōu)勢(shì)所在。以專業(yè)制造風(fēng)車而著稱,但因缺乏企業(yè)實(shí)力而屈居西門子之后的維斯塔斯公司,也希望通過與三菱重工開展合作打開局面。