海上风力发电及其技术发展分析

海上风力发电及其技术发展分析

孙明涛

四川苏瑞电力工程有限公司南京分公司 江苏南京 210000

摘要：传统火力发电导致煤炭资源的大规模开发，造成了能源储备短缺、空气污染、气候变化等环境问题。我国在“十四五”期间明确提出了要大力提高风电规模和有序推进海上风电建设，推行并实现“双碳”目标，关注和发展新型分布式清洁能源并使之纳入配电网，已成为我国电力行业未来发展和关注的焦点问题。基于此，本文以海上风力发电为主要研究对象，分析了其行业发展现状，探讨了海上风力发电技术面临的问题及发展方向，以供参考。

关键词：海上风电；行业发展；发电技术；风力发电

    近年来，随着社会经济的不断发展以及人们环保意识的增强，传统化石能源日益枯竭，寻找新能源迫在眉睫。而作为一种可再生且无污染的绿色能源——清洁能源受到了各国政府的高度重视。在众多的清洁能源中，风能具有巨大的发展潜力。由于我国海上风电储量丰富，且具备运行高效、输电距离短、便于就地消纳、节约土地资源、适合大规模发展等特点。因此，海上风力发电必将是我国发展可再生能源的必然之选。

一、海上风力发电的优势

我国拥有1.8万公里大陆海岸线和300万平方公里以上的可利用海域，是一个海上风能资源十分丰富的大国。随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，对能源结构提出了更高要求。目前，中国已成为世界第二大风力发电国，根据中国气象局风能和太阳能资源评估中心近期估算，中国陆海风电潜在开发规模约为2亿千瓦。与陆上风电相比，海上风电主要有以下优点：

第一，风力更稳定，电网友好性强。海上风速大且出力波动小，每年使用小时更长，使得机组发电量平稳，单机电能输出更大，使用寿命更长。

第二，场地成本低，适合规模化开发。海上风电场大多建在我国东南部沿海潮间带地区或沿岸滩涂、近海海域上，此处场地广且成本低，具有容纳更大型化风机机组、适合大规模开发的优点。

第三，风速高，发电量高。海上风速高于陆地风速的约20%，在相同发电容量下，海上风机年发电量可高于陆地70%，且海上风电单机容量、同区域扫风面积及风能利用率更大。

第四，输电成本低，有利于我国电力平衡。海上风电场的开发将有效地实现部分用电的短距离消耗，同时也一定程度缓解了我国陆上风电行业一直以来西部地区产能过剩、区域用电难以平稳输送至东部地区的局面[1]。

二、海上风力发电行业发展现状

（一）装机量及企业数增长情况

近年来，海上风力发电作为新型分布式清洁能源，以其就近负荷中心、发电高且平稳、不占陆地土地资源等特点在我国得到了迅猛发展。我国东部和南部许多沿海城市海上风力发电机组已建成或处于正在建设中，国内海上风力发电并网装机容量不断增加，海上风电逐年开发呈高速增长态势。

据统计，截至2020年世界海上风电总装机容量34370MW,而我国海上风电装机容量9996MW,居世界第二位。次年海上风电抢装潮爆发，国内海上风电市场快速扩容，有力促进本土产业链拓展与提升。2021年我国海上风电累计装机量2639MW,同比增加近200%。在新增装机量方面，受益于海上风电抢装潮的影响，2021年国内海上风电新增装机量较上年同期增加约为452%。伴随着中国海上风电蓬勃发展，与海上风电有关的企业注册数量也在逐年攀升。其中江苏省、上海市、山东省海上风电企业数量领先于国内其他省份地区。

（二）运行费用及投资结构情况

由于海上风电场建设项目施工周期长、技术难度高、建设成本及风险大等原因，与陆上风电相比，海上风电在维护费、材料费、保险费等方面都比陆上风电要高。其中维护费占比高达60.68%，保险费占比14.53，工资及福利占比9.94，材料费占比6.97%，海域使用金占比0.9%，其他费用占比6.98%[2]。

目前，我国海上风电总投资结构由以下几部分构成：风电机组（含安装）占比48%、风电基础及施工占比19%、电缆占比8%、海上升压站占比5%、塔筒占比4%、海域使用金占比4%、其他投资占比12%。

（三）政策影响及行业竞争格局

近年来，受宏观经济周期性波动以及国家风电政策调整等因素影响，国内海上风电行业呈现新的发展趋势。伴随着“双碳”目标、“十四五”规划及《国民经济和社会发展规划》等一系列包含海上风电相关政策的颁布，确立了完善海上风电产业链、鼓励建设海上风电基地、大力提升风电规模，有序发展海上风电，推进海上风电规模化发展等行业指标，为我国海上风电行业蓬勃发展提供了大力支持。同时，也促进了我国海上风电产业加速发展和深入转型，大大增长了海上风电技术的创新速度，随着供给结构及电力体制改革，我国海上风电产业逐渐向市场化、规模化、集群化、国际化、创新化发展。   

从风电产业发展规律看，风电设备制造商向风电工程公司和风电投资商的转型升级，不仅能够服务于风电投资商的全生命周期，而且能够独立地对风电项目进行投资、建设、经营。集投资、制造、建设和经营于一体，是开拓风电全产业链和增强产业竞争力的必然之举。

三、当前海上风力发电技术发展面临的问题及发展方向

（一）当前海上风力发电技术发展面临的问题

与陆上风力发电相比，海上环境更加复杂，存在着多种水文现象，如：海流、波浪、潮汐、内波等。对海洋平台存在长期的腐蚀、冲刷、淘空等理化作用，这些无疑对于风机基础、海底电缆及海上平台集成等技术提出了更高的要求。

而在过去十多年中，由于我国风电产业链基础薄弱，关键零部件技术受制于国外，造成我国海上风电产业链协同创新的需求日益迫切。其中风电机组主轴承是国产化最难的风机零部件之一，虽然国内部分厂商已具备大容量海上机组的研制能力，但对主轴承、电控系统等部件仍依赖进口。此外，在柔性叶片与变桨系统耦合的稳定性等技术方面，国内发展仍落后国外技术。

在海上风电工程技术方面，我国面临着缺乏高分辨率、高精度、全面性的海上风资源测量和海洋水文、地质测量勘探评估的问题。在岩土工程技术方面，缺乏具有针对性的原位测试手段。在结构工程方面，缺乏对大功率风电工程风电机组叶片、耐火海洋材料、负荷仿真技术、支撑结构设计等方面的特性研究。

（二）海上风力发电技术发展方向

根据数据显示，近年来海上风电风机平均容量呈持续增长态势，而海上风机大型化发展将有效降低海上风力发电的投资成本。同时，随着近海资源的开发，海上风电项目将逐步走向深远海发展，越来越多的国家逐渐重视对深海风资源的开发，漂浮式风机应用及其技术的研究，成为我国未来海上风电技术发展方向。未来海上风电产业降本的动力取决于海上风电技术提升，在海上风电产业蓬勃发展背景下，海上风电产业技术与市场门槛会进一步提高，核心企业也会随产业规模扩大而持续布局新增产能，产业链易呈现赢者通吃局面。在行业集中度越来越高的背景之下，具备核心技术壁垒和成本优势的产业链龙头可能迎来黄金时代[3]。

科技赋能达成“双碳”目标，创新决胜未来海上风电发展。因此，加快推进关键核心技术攻关，推动海上风电工程零部件、机组、海装船、运维等领域一体化发展，重点突破零部件（如主轴承、轻质化叶片）、控制系统以及高压直流海底电缆等关键零部件的研发，是提高海上风电安全性、可靠性和国产化水平，优化海上风电产业结构布局，提升海上风电产业国际竞争力的基础。

结束语：

综上所述，海上风力发电具有降低碳排放、确保能源可持续发展、提升发电效率、保障用电需求等优势。随着我国能源需求的增长，海洋区域必将成为我国电力技术发展的主战场。因此，必须加大海上风电资源勘探力度，建设海上风能资源评估体系，优化可再生能源发展布局，加强海上风电技术和装备科技创新，充分利用“十四五”规划及“双碳”目标的窗口期，以引导海上风电产业健康发展。

参考文献：

[1] 徐彬, 薛帅, 高厚磊,等. 海上风电场及其关键技术发展现状与趋势[J]. 发电技术, 2022, 43(2):9.

[2] 董勇. 海上风力发电认证现状与发展建议探讨[J]. 大众标准化, 2022，000(1):187-189.

[3] 徐一波, 鄢敉君, 李林. 我国海上风力发电的发展前景研究[J]. 南方农机, 2022, 53(5):3.